“내 몸을 정밀하게 지켜줄 생체삽입형 디바이스”

[이슈메이커=임성희 기자] 

 

“내 몸을 정밀하게 지켜줄 생체삽입형 디바이스”

조영욱 인천대 바이오-로봇 시스템 공학과 교수/바이오메디컬시스템 연구실(사진=임성희 기자)

 

뇌, 심장에서 나오는 전기신호 깨끗하게 측정하는 기술 개발
맞춤형 정밀의학 이바지할 플랫폼 디바이스 기대

웨어러블 디바이스를 넘어 생체삽입형 디바이스가 주목받고 있다. 몸속에 넣을 수 있다면 건강 체크 정확도를 더욱 높일 수 있어 질병 예방에 도움이 되고, 더 나아가 치료 목적으로도 활용할 수 있다. 모든 디바이스의 핵심은 바로 전력인데, 전원공급의 문제 없이 반영구적으로 쓸 수 있으면서, 생체에 삽입했을 때 면역반응이 일어나지 않는, 자신 몸처럼 여겨지는 디바이스라면 향후 정밀의학 발전에 큰 영향을 미칠 수 있을 것이다. 조영욱 인천대 교수는 생체삽입형 디바이스로 자신의 연구영역을 개척하고 있는 신진연구자다. 최근에는 뇌파를 정확히 측정할 수 있는 기술을 개발해 발표하며 주목받았다. 상상을 현실로 만들기 위해 노력하는 조영욱 교수를 만나봤다.

전도성 고분자 활용 투명한 미세 생체전극 기술 특화
생체삽입형 디바이스는 융합연구 영역이다. 전기전자적인 지식과 함께 바이오 분야의 이해도 필요하다. 전기·전자공학을 전공한 조영욱 교수는 대학원 진학 고민 중 지도교수님의 바이오일렉트로닉스 관련 강의를 듣고 관련 분야 연구에 뛰어들었다. “처음에는 석사만 생각했다가, 제가 상상했던 아이디어가 현실이 될 수 있는 걸 보고 연구의 재미를 느꼈습니다. 그래서 지금까지 올 수 있었던 것 같습니다” 그는 학위과정 중 전도성 고분자 PEDOT:PSS 라는 물질을 활용한 신경 생체 삽입형 소자를 연구했고, 특히 뇌파를 측정하거나 자극할 수 있는 생체삽입형 디바이스를 연구했다. “침습적인 디바이스 개발과 더불어 비침습의 형태로 바로 우리 몸에 적용할 수 있는 소자도 연구하고 싶어서 도쿄대학교와 이화학연구소에서 박사후연구원으로 헬스케어 전자소자 관련 연구를 수행하던 중 인천대에 부임할 수 있었습니다” 그가 도쿄대에 있던 시간은 그리 길지 않다. 그만큼 학위과정 중의 연구성과가 임팩트가 있었다는 이야기인데, 관련 분야에서 인정받는 신진연구자가 될 수 있었던 원동력이 궁금했다. “제가 현재 연구하고 있는 분야는 주로 뇌, 심장 등 장기에서 나오는 전기신호를 노이즈를 최소화하면서 매끄러운 신호 그대로 측정할 수 있는 전자소자를 만드는 것입니다. 근데 이 노이즈는 저희가 만드는 반도체 소자의 특성이나 회로에 따라서 많이 달라질 수 있기 때문에, 전기·전자공학적 지식이 반드시 접목돼야 합니다. 따라서, 바이오에 관한 연구를 수행하더라도, 회로 및 전반적인 신호파형 분석과 전기공학, 반도체 소자 및 공정 등을 이해할 수 있는 전자공학적인 지식의 융합이 필요합니다. 이런 저의 학문적 배경이 큰 장점이 된 것 같습니다. 저는 전도성 고분자를 활용해서 투명한 미세 생체전극을 만드는 데 특화된 기술력을 보유하고 있습니다”

반영구적 페이스메이커(Pacemaker) 개발 기대
2024년 9월 부임해 바이오메디컬시스템 연구실을 연 조영욱 교수는 2트랙 연구를 진행하고 있다. 첫 번째는 생체 신호를 연결선 없이 핸드폰을 통해 실시간으로 모니터링하는 무선 운용 플렉서블 소자 연구, 두 번째는 세포 기질과 비슷한 구조를 가진 나노섬유를 활용해 생체 친화적 소자를 개발하는 연구다. 이 두 연구영역을 조합한 연구 과제로 그는 2026년 한국연구재단 신진과제에 선정됐다. ‘체액 및 이온투과성 접착형 나노 메시 기반 심장 일체화 폐회로 전자소자 개발’ 과제인데, “이 연구는 심장처럼 축축하고 미끌미끌한 표면에도 오랫동안 잘 접착할 수 있으면서, 심근세포와 비슷한 구조의 나노 구조 기판을 이용해 외부 물질 이식에 의한 면역반응이 별로 일어나지 않는 무선 페이스메이커라는 것이 핵심인데, 현재까지 해결되지 못한 반영구적 페이스메이커를 최초로 만들 수 있다는 점에서 좋은 평가를 받은 것 같습니다”라며 그는 “과제의 목표는 장기간 안정적이면서 노이즈 없이 신경 신호를 측정할 수 있는 디바이스를 만드는 것이고, 과제를 넘어 연구그룹이 추구하는 최종 목표는 병증마다 디바이스를 커스터마이징해서 환자 맞춤형으로 병변을 진단하고 치료할 수 있는 플랫폼을 구축하는 것입니다”라고 소개했다. 조영욱 교수의 현재 최대 관심사는 전도성 고분자 PEDOT:PSS 라는 물질을 활용해 최대한 인체와 같은 생체 친화형의 소재를 만드는 것이다. “어떤 물질을 쓰고, 어떻게 디자인하는지에 따라서 신호의 퀄리티나 체내 안정성이 달라지는데요. 물질과 우리 몸 사이에 대한 특성 이해를 바탕으로 한 신기한 디바이스 같은 것을 만들어 보고 싶다고 생각하곤 합니다”라고 그는 웃어 보였는데, 아마도 이런 상상은 그가 현실에서 연구에 임하는 원동력이 될 듯하다. 최근에 연구그룹은 금속을 전혀 사용하지 않은 올오가닉(All-organic) 기반의 뇌 신경 삽입형 미세섬유전극(PFME)을 개발하는 데 성공하며 장기적인 뇌레코딩과 치료 가능성에서 좋은 평가를 받았다. 

조영욱 교수는 “꾸준하게 성실한 사람이 높은 지능을 가지고 있는 사람을 이길 수 있는 분야가 연구라고 생각합니다. 저와 함께 생체 전자소자 연구를 재미있게 이어갈 학생들의 많은 참여 부탁드립니다”라고 말했다.(사진=임성희 기자)

“생체 전자소자계의 올라운드 플레이어”
소재 개발에서 회로 시스템 연구, 그리고 소자개발과 바이오 동물 실험까지, 조영욱 교수가 다룰 수 있는 연구범위가 굉장히 넓다. 그는 ‘올라운더’라고 표현했는데, 그의 연구력을 따라 학생들도 차별화된 능력을 갖출 수 있을 것이다. “꾸준함, 성실함, 연구에 대한 흥미만 있다면, 충분히 우리 연구그룹원이 될 수 있습니다” 연구실에는 전기공학과, 전자공학과, 바이오-로봇 시스템공학과, 기계공학과 등 다양한 학과의 학생들이 한데 모여 서로의 장점을 공유하며 시너지를 내고 있다. 조영욱 교수는 “다양한 소속의 학생들이 함께 즐겁게 연구하고 있으며, 각 학생이 좋아하는 세부 분야에 따른 연구를 배치해 수행력을 높이고 있습니다. 앞으로 연구실 계획과 비전은 인천대학교에서 생체 전자소자 관련한 연구실은 저희가 유일무이하게 선두에 설 수 있는 연구실이 되는 것입니다”라고 밝혔다.