공상과학 영화에서나 나올 것 같은 기상천외한 일이 지금 스웨덴에서 일어나고 있다. 개인정보가 담겨있는 마이크로칩을 사람들에게 이식하는 작업이 벌어지고 있는 것. 마이크로칩을 이식한 사람만도 벌써 3000여명을 돌파한 것으로 알려졌다.

마이크로칩을 생체 내에 이식하는 이유는 신용카드나 디지털 열쇠, 그리고 각종 쿠폰 등을 일일이 휴대하지 않아도 되는 편리성 때문이다. 물론 이식작업이 처음 이뤄졌던 2015년만 하더라도 신체 이식이라는 부정적 이미지 때문에 이식 작업은 암암리에 이뤄졌지만, 현재는 젊은 층을 중심으로 큰 호응을 얻고 있다.

그러나 전문가들은 사용의 편리성을 떠나 신체에 이물질을 이식하는 행위가 상당히 위험한 일이라고 경고한다. 마이크로칩의 주재료인 실리콘 또는 합성유기물의 경우 장기적으로 인체에 유해할 수 있고, 나중에 이를 제거하려면 별도의 수술까지 해야 해서다.

하지만 이 같은 경고는 머지않아 사라질 것으로 보인다. 국내 연구진이 과일 등을 통해 흔히 섭취할 수 있는 포도당을 활용하여 마이크로칩을 대체할 수 있는 ‘저항스위칭메모리’ 소자를 제작하는 데 성공했기 때문이다. 저항스위칭메모리란 현재 사용되고 있는 USB나 SSD 같은 저장매체를 대체할 차세대 비휘발성 메모리의 하나다.

포도당 센싱 기술을 체내 이식형 디바이스에 활용

현대 문명의 급속한 발전과 함께 맞춤형 헬스케어 시대가 도래하고 있다. 개인의 삶과 건강에 대한 관심의 증가로, 개인에게 최적화된 맞춤형 헬스케어의 수요가 지속적으로 증가하고 있는 것이다.

이러한 맞춤형 헬스케어는 정보통신기술과 의료기술이 융합된 형태로서, 디지털 디바이스의 발달이 중요한 핵심 요소다. 특히 최근 들어서는 몸에 착용하여 실시간으로 생체 신호를 감지하는 웨어러블 디바이스에서 한 단계 더 진화한 체내 이식형 디바이스로 발전하고 있는 추세다.

편리성 면에서는 발전한 것이 분명하지만, 문제는 부작용이다. 장기적으로 체내에 이식되어 있을 경우 인체에 문제를 일으킬 수 있고, 고장이 나거나 더 이상 쓸모가 없어졌을 때 외과적 시술을 통해 빼내야 하는 위험부담이 존재하기 때문이다.

연세대학교 전기전자공학부의 김현재 교수팀은 이 같은 문제에 주목했다. 과거 당뇨 환자를 위해 개발했던 포도당 센싱 기술을 체내 이식형 디바이스에 활용하면 문제를 해결할 수 있다고 생각한 것.

연구팀은 과거에 연구했던 포도당 센싱 기술을 활용하여 포도당이 데이터 저장 기능이 있다는 사실을 확인할 수 있었고, 이를 기반으로 생체 친화적인 저항스위칭메모리 소자를 개발하는데 성공했다.

연구팀은 이어서 포도당이 메모리 소자의 재료로 적당한 지 여부를 확인하는 실험에 착수했다.

우선 생체 내부와 비슷한 환경을 만들기 위하여 살아있는 유기체보다 상대적으로 실험적 제약이 적으며, 누구나 쉽게 구할 수 있는 소고기 유기체를 활용하여 실험을 진행했다.

그 결과 실제 소고기 표면에서 생체 내부와 유사한 습도 분위기를 만든 상태에서 동작 특성 확인과 동시에 일정 시간 후 자연스럽게 소고기 내부로 흡수되는 연구결과를 확보할 수 있었다.

생체에 무해하면서도 저렴한 것이 장점

포도당은 자연에서 쉽게 추출할 수 있고, 기존 합성고분자와 달리 복잡한 화학공정이 필요하지 않은 장점이 있다. 뿐만 아니라 폐기물의 환경 파괴 걱정도 없다. 따라서 포도당을 응용한 소재는 생체 이식에는 최적의 조건을 갖고 있다는 것이 전문가들의 의견이다.

이에 대해 논문의 제 1저자인 박성표 연구원은 “개발된 전자소자는 유연하고, 장기간 체내에 삽입되어도 인체에 무해하다. 또한 몸속에서 자연스럽게 녹아서 흡수될 수 있다”라고 소개하며 “이 외에도 용액공정 기술을 적용했기 때문에 저렴한 비용으로 제작이 가능하다는 점도 저항스위칭메모리만의 장점”이라고 말했다.

메모리 소자 개발의 총 책임자인 김현재 교수는 “이 연구는 생체 무해성과 고성능 메모리 특성을 모두 만족하는 메모리 소자를 구현한 것”이라고 밝히며 “다양한 스마트 헬스케어 전자기기에 적용되어 헬스케어 분야의 혁신을 가져올 수 있는 원천기술로 볼 수 있다”라고 강조했다.

다음은 이번 연구개발의 실무를 담당한 연세대학교 전기전자공학부의 박성표 연구원과 나눈 일문일답이다.

- 이번 연구의 성과와 의의에 대해 간단히 언급해 달라

포도당을 활용한 메모리 소자 제작이라는 성과는 이전 연구결과에서는 볼 수 없었던 세계 최초의 연구 성과다. 얼마 전까지만 해도 포도당은 단순히 바이오센서 분야에서 당뇨병 환자의 당뇨 수치를 검출하기 위한 센싱 물질로 여겨져 왔다. 그러나 우리는 그런 통념을 깨고, 전자소자 제작에 필요한 재료로 개발했다는 점에서 차세대 체내 이식형 디바이스의 새로운 패러다임을 제시했다고 할 수 있다.

- 연구개발을 진행하는 과정에서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지?

생체 이식형 디바이스의 경우 살아있는 생체의 내부 또는 생체 표면에서 메모리 소자의 동작 평가를 검증해야했지만, 실제 생체 소재를 대상으로 한 검증의 어려움이 있었다. 다행히도 소고기를 대체제로 활용하여 소기의 성과를 거둘 수 있었다.

- 향후 계획에 대해 간략히 언급해 달라

바이오센서 및 박막트랜지스터 등을 활용하여 회로 시스템을 구성한 후 의과대학 연구팀과의 임상연구를 통해 실제 의료기기로서의 활용가능성을 검토할 예정이다. 특히 무독성의 생체 이식형 디바이스의 상용화를 목표로 개발 방향을 잡고 있다.(stimes)