[피플] 연세대학교 신경과학기술 파이오니어 융합연구단 박승한 단장 [아이씨엔]

최근 우리나라의 인구 고령화가 가속화되면서 뇌졸중, 치매, 파킨슨, 알츠하이머, 난청 등의 노인성 신경질환 환자가 갈수록 증가하고 있는 가운데 노인의 삶의 질을 향상시킬 수 있는 신경질환 진단 및 치료에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이에 따라 인간의 뇌세포 또는 신경세포의 노인성 퇴화와 관련된 질환의 진행을 억제, 손상된 신경의 재생, 기능의 복원 및 치료의 원천이 되는 신기술이 절실히 요구되고 있으며 이러한 신경기술 분야 중 가장 주목을 받고 있는 분야가 바로 나노바이오-IT 융합기술의 시너지 효과를 극대화할 수 있는 신경소자산업 분야이다.

신경소자는 신경의 제어를 통하여 치료는 물론 인간의 감정, 인지 활동 등의 뇌 과학 분야와, 신경망 재생 및 치료 등 새로운 시장 창출과 그 응용성이 무한한 것으로 높이 평가되고 있다. 하지만 현재까지 개발된 신경소자는 신경세포들의 크기와 비슷한 수십 마이크로미터 크기의 단일소자로 이루어져 있으며, 치료 또한 단순한 전기신호를 통한 자극에 그치는 등 한계를 가지고 있었다. 특히 나노와이어를 이용한 신경소자에 대한 연구는 전 세계적으로 아직 초기단계이며 다양한 분야의 공동연구가 필수적이다. 즉, 신경세포보다 훨씬 작은 나노와이어를 이용해 신경 신호를 검출하거나 발생시키는 나노기술, 이러한 나노기술을 신경계와 조합해 신호를 분석하는 바이오기술, 신경소자를 통해 신경신호를 제어·전달하는 IT기술이 유기적으로 결합돼야 하는 것이다.

연세대학교 신경과학기술 파이오니어 융합연구단(단장 박승한 교수. 이하 융합연구단)은 NT, IT, BT의 융합으로 시너지 효과를 극대화할 수 있는 신경소자관련 기술 개발을 목표로 '나노와이어 어레이 기반 신개념 지능형 신경소자'를 개발하고 동시에 이를 이용한 '신경치료 기술' 분야를 개척하고 있다. 이 신경소자는 신경손상을 최소화하고 신경세포가 살아있는 상태에서 신경신호를 검출·조절·자극할 수 있는 '생체친화 지능형 나노-바이오 신경소자'로서 향후 획기적인 치료법을 제공할 전망이다.

융합연구단은 크게 4가지 핵심 요소기술을 구성하여 '나노와이어 어레이 기반 신개념 지능형 신경소자' 개발을 진행하고 있다. 핵심요소기술은 신경 및 신경 세포의 신호 전달 메커니즘을 규명하기 위한 '신경신호 감지기술', '생체 친화적 나노와이어 어레이 제작 기술'과 'CMOS 기반 신경칩 기술'을 결합한 '신경소자 시스템 기술', 신호측정, 분석 및 조절을 가능하게 하는 '신경신호 변조 기술'과 전기 자극을 주었을 때 발생하는 '신경생리 분석기술' 등이다. 그동안 융합연구단은 이러한 각각의 핵심 요소기술에 관련한 IT-BT-NT 원천기술의 확보하고, 이를 통해 기존 기술로 불가능한 신경재생 및 치료를 가능하게 하는 소자 개발을 진행하여 의미 있는 성과를 거두었다.

지난 3년 간 융합연구단에서는 다채널 나노와이어 어레이 소자의 기본적인 형태를 성공적으로 제작했고, 다채널 나노와이어 전극을 제작하였으며, 이를 통해 측정된 신호는 CMOS 신경칩을 이용하여 바로 디지털화 되어 전송될 수 있는 소자를 성공적으로 제작하였다. 융합연구단에서는 이렇게 제작된 기본소자를 이용하여, 연구단은 현재 쥐, 토끼 등 실제 살아있는 동물에 대한 실험을 진행해 여러 채널에서의 신경신호를 성공적으로 측정하였으며, 앞으로 임상실험에 직접 적용할 수 있는 가능성을 열었다. 또한, 다채널 신경 신호를 분석할 수 있는 알고리즘을 자체적으로 개발하였으며, 동물실험을 통해 획득한 실제 신경신호를 바탕으로 신경네트워크 모델에 대한 개념을 구축하였다. 이에 그치지 않고 연구단은 앞으로 더욱 안정적이면서 생체 친화적인 나노와이어 기반 지능형 신경소자의 기능과 동작기술 개발을 완성하고, 실제 신경재생 및 신경질환 치료에 사용할 수 있도록 용도 확장기술을 개발하기 위하여 최선의 노력을 다하고 있다.

박 단장은 "신개념 지능형 신경소자기술은 고통 받고 있는 신경질환자들에게 새로운 희망이 줄 것"이라며 "다량의 신경질환 회복 및 치료에 대한 지적재산권을 확보하여 국내외 제약 및 생명공학회사에 기술을 이전하여 산업화에 크게 기여할 수 있으며, 세계 최고의 IT 기술력을 보유한 우리나라 산업에 NT-BT-IT 인터페이스 시스템을 접목시킴으로써 경쟁력을 확보해 새로운 성장 산업을 창출할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이러한 신경 정보화 기술은 뇌질환, 뇌-컴퓨터 인터페이스, 생물 전자 소자, 신경 회로망, 뇌 인지과학 등 다양한 분야에서도 활용이 가능할 것으로 전망된다.

박승한 단장은 1988년 미국 Arizona 대학교의 Optical Sciences Center에서 박사학위를 취득한 후 미국 펜실베니아의 Pittsburgh 대학에서 조교수로 재직하면서 반도체 양자 우물과 양자점 구조와 같은 반도체 나노구조의 선형, 비선형 광특성과 초고속 광스위칭 소자로서의 응용에 대한 연구를 진행하였으며, 1991년 귀국하여 연세대학교 물리학과 교수로 재직하고 있다.

귀국 이후 근접장 광학과 비선형 분광학 기술을 접목하여 100fs 이하의 시간 분해능과 100nm 이하의 공간분해능을 갖는 시공간 고분해능 분광장치를 개발하였으며, 이를 이용하여 반도체 양자점의 양자구속 효과, 금속 물질의 플라즈몬 공명현상 및 금속-반도체 나노 물질의 local field effect 등의 연구를 수행하였다. 특히 시공간 고분해능 레이저 분광학 분야에서 논쟁이 되고 있는 문제의 핵심을 재빠르게 파악하여 과감히 해결하는 능력을 보여주었으며, 그 결과는 120편 이상의 논문으로 주요 저명 학술지에 게재되었음은 물론 150여 편 이상의 국내/국제 학술회의 논문으로 발표되었고, 10개 이상의 특허로도 등록 되었다.

또한 박승한 교수는 1993년부터 1997년까지 한국광학회 총무간사로서의 역할을 수행하였으며, 2000년-2001년과 2002년-2003년에는 한국광학회 총무이사를 역임하였고, 2004년부터 2007년까지는 Journal of Optical Society of Korea의 편집위원장으로 활동하여 JOSK를 SCI(E)에 등재시키는 데 핵심적인 역할을 하였다.

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아이씨엔 오윤경 기자 news@icnweb.co.kr