| 제 목 | 박사과정 김기헌, 석박통합과정 이승준 (지도교수 신효근), ACS Chemical Neuroscience (IF 3.9) 논문 게재 | ||||
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| 작성자 | 관리자 | 작성일 | 2026-03-06 | 조회수 | 1754 |
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 경북대학교 전자전기공학부 신경생체전자 연구실(Neural Bioelectronics Lab) 소속 박사과정 김기헌 학생, 석박통합과정 이승준 학생(지도교수 신효근)이 제1저자로 참여한 연구 논문이 국제학술지 ACS Chemical Neuroscience (IF 3.9, JCR 상위 27.2%)에 게재되었다. 뇌의 기능은 전기적 신호와 신경화학적 신호의 복합적인 상호작용을 통해 이루어진다. 신경세포의 스파이크 활동은 포도당과 같은 대사 물질의 농도 변화와 밀접하게 연관되어 있으며, 이러한 전기–화학 신호의 상호작용은 기억 형성, 의사결정, 행동 조절 등 다양한 뇌 기능을 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다. 그러나 기존의 신경 인터페이스 기술은 대부분 전기 신호 또는 화학 신호 중 하나만 측정하는 단일 모달리티 기반으로 설계되어, 두 신호 간의 상호작용을 정밀하게 분석하는 데 한계가 있었다. 최근 전기 신호와 화학 신호를 동시에 측정할 수 있는 멀티모달 신경 전극(multimodal neural probe)이 제안되고 있으나, 기존 기술에서는 제작 공정상의 한계로 인해 전기 신호 기록 전극과 화학 센서가 서로 떨어진 위치에 배치되는 경우가 많았다. 이러한 구조에서는 화학 물질의 확산에 따른 시간 지연이 발생하거나 측정 위치가 달라져, 동일한 뇌 미세환경에서 전기적 활동과 화학적 변화를 정확히 비교하기 어렵다는 문제가 있었다. 이번 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 전기 신호와 화학 신호를 인접한 위치에서 동시에 측정할 수 있는 단면 멀티모달 신경 전극을 개발하였다. 연구팀은 레이저 유도 그래핀(Laser-Induced Graphene, LIG) 공정을 활용하여 플렉서블 폴리이미드(polyimide) 기판 위에 서로 다른 기능을 갖는 전극을 순차적으로 형성하는 제작 기술을 제안하였다. 이 공정은 포토리소그래피나 복잡한 다층 정렬 공정 없이 단일 공정 기반으로 서로 다른 기능 전극을 구현할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 먼저 포도당 산화효소(Glucose Oxidase, GOx)를 코팅한 바이오센싱 전극을 형성하여 뇌 내 포도당 농도를 측정할 수 있도록 하였다. 이후 인접한 위치에 백금 흑(Black Platinum)을 전기도금한 신경 신호 기록 전극을 형성하여 낮은 임피던스와 높은 신호 측정 성능을 확보하였다. 두 전극은 수십 마이크로미터 수준의 매우 가까운 거리로 배치되어 동일한 국소 뇌 환경에서 전기적 활동과 화학적 변화를 동시에 측정할 수 있도록 설계되었다. 연구팀은 제작된 전극을 이용해 생체 유사 환경에서 포도당 센싱 특성을 검증한 결과, 생리학적 농도 범위에서 안정적이고 선택적인 농도 의존적 반응을 확인하였다. 또한 생쥐의 해마(hippocampus)의 CA3 영역에 전극을 삽입하여, 뇌 내 포도당 농도 변화와 신경 스파이크 활동을 동시에 실시간으로 기록하는 데 성공하였다. 이를 통해 국소 뇌 환경에서 발생하는 전기적 활동과 대사 신호를 동시에 측정할 수 있음을 실험적으로 입증하였다. 이번 연구는 단면 구조 기반의 멀티모달 신경 전극을 통해 전기 신호와 화학 신호를 공간적으로 정밀하게 정렬하여 측정할 수 있는 새로운 신경 인터페이스 기술을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 또한 레이저 기반 공정을 활용하여 제작 공정의 복잡도를 낮추면서도 다양한 기능 전극을 하나의 플랫폼에 통합할 수 있어, 향후 다양한 신경화학 물질 센싱과 고밀도 신경 인터페이스 시스템으로의 확장이 가능할 것으로 기대된다. 이번 연구 성과는 “Single-Sided Multimodal Neural Probe Enabling Co-Localized Recording of Electrical and Chemical Signals”라는 제목으로 게재되었으며, 전기생리 신호와 신경화학 신호를 동시에 측정할 수 있는 차세대 뇌 인터페이스 기술로서 뇌 기능 연구, 신경질환 메커니즘 분석, 차세대 뇌–기계 인터페이스(Brain–Machine Interface) 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 논문링크 신경생체전자 연구실 홈페이지 신경생체전자 연구실 공식 유튜브 채널 |
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