-유연 LED 칩 동물 뇌에 삽입해 행동제어 성공

[헤럴드경제(대전)=이권형 기자] KAIST(총장 신성철) 신소재공학과 이건재 교수팀과 생명과학과 김대수 교수팀은 유연한 수직형 마이크로 LED 기술을 개발해 이를 동물의 뇌에 삽입해 빛으로 행동을 제어하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

마이크로 LED는 기존 LED 칩 크기를 크게 축소시켜 적, 녹, 청색의 발광소재로 사용하는 기술로 저전력과 빠른 응답속도, 뛰어난 유연성을 가져 차세대 디스플레이로 각광받고 있다.

<사진>유연한 수직형 마이크로 LED를 활용한 광유전학적 쥐의 행동 제어 실험 개략도 유연한 수직형 마이크로 LED를 쥐의 뇌에 삽입한 뒤 빛을 쬠으로써 대뇌 운동 피질의 신경세포를 자극해 쥐의 행동을 제어하는 데 성공했다.

현재 산업계에서는 200마이크로미터(μm) 이상의 크기를 갖는 두꺼운 미니 LED 칩을 소형화해 개별 전사하는 방식을 채택하고 있어 대량 생산이 어렵고 생산단가가 높으며 소요 시간이 오래 걸리는 등의 한계를 갖고 있다.

이번 연구에서 이 교수 연구팀은 수직 LED용 양산 장비를 자체적으로 설계했다. 5마이크로미터의 두께, 80마이크로미터 이하의 크기를 갖는 2500여 개의 박막 LED를 이방성 도전 필름을 활용해 한 번에 플라스틱 기판으로 전사함과 동시에 상호 연결된 유연한 수직형 마이크로 LED를 구현했다.

이러한 수직형 마이크로 LED는 기존 수평형 마이크로 LED와 비교해 3배 이상 향상된 광 효율을 가지며 박막 LED의 발열로 인한 수명, 낮은 해상도 및 신뢰성 문제를 해결할 수 있다. 이건재 교수는 2009년부터 마이크로 LED 연구를 통해 20여 개의 국내외 특허를 등록했고 지난 4년 간 교신저자로서 40여 편의 논문을 발표했다.

한편, 뇌과학 분야에서는 빛을 이용한 인간 뇌의 신경회로를 밝히는 광유전학이 주목받고 있다. 이번에 개발한 기술은 뇌의 모든 신경세포를 자극하는 전기자극과 달리 흥분 및 억제 신경세포만을 선택적으로 자극할 수 있기 때문에 정밀한 뇌 분석, 고해상도의 뇌지도 제작 및 신경세포 제어가 가능하다.

이번 연구에서 이교수는 30 밀리와트/제곱밀리미터(mW/mm2) 이상의 강한 빛을 내는 유연 마이크로 LED를 쥐의 뇌에 삽입해 대뇌 표면으로부터 깊은 곳에 위치한 운동 신경세포를 활성화시켜 쥐의 행동을 제어했다. 발열이 적어 뇌조직의 손상 없는 생체 삽입형 유연 전자 시스템을 구현했다.

이건재 교수는 “이번에 개발된 수직 마이크로 LED 및 전사 패키징 기술은 저전력을 필요로 하는 스마트워치, 모바일 디스플레이, 웨어러블 조명 등에 바로 활용될 수 있을 것”이라며 “인간이 아직 풀지 못한 뇌과학 및 광치료, 바이오센서 분야에서도 기여할 수 있을 것”이라고 했다.

한편, 이번 연구는 스마트 IT융합시스템 연구단의 지원을 받아 수행됐으며 국제 학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 2월 1일자로 게재됐다.

kwonhl@heraldcorp.com