경북대학교 전자전기공학부 신경생체전자 연구실(Neural Bioelectronics Lab) 소속 석박통합과정 이해윤, 이승준 학생(지도교수 신효근)이 제1저자로 참여한 연구 논문이 국제학술지 ACS Applied Bio Materials (IF 4.7)에 게재되었다.

뇌 신경 인터페이스 기술은 신경세포의 전기적 활동을 정밀하게 측정하여 뇌 기능을 이해하고, 뇌–기계 인터페이스(Brain–Machine Interface, BMI) 및 신경질환 치료 기술 개발에 핵심적인 역할을 한다. 특히 단일 뉴런 수준의 스파이크 신호를 안정적으로 장기간 기록하는 것은 뇌 질환 연구와 신경조절 기술의 고도화를 위해 매우 중요하다. 그러나 기존의 실리콘 및 금속 기반 신경전극은 뇌 조직과의 기계적 특성 차이로 인해 삽입 과정에서 조직 손상을 유발하고, 장기적으로는 염증 반응과 신호 품질 저하를 초래하는 한계가 있었다.

이를 해결하기 위해 최근에는 폴리이미드(polyimide), 파릴렌(parylene) 등 유연 소재 기반 신경전극이 개발되고 있으나, 단순한 유연성 확보만으로는 장기 안정성 문제를 완전히 해결하기 어렵다. 특히 삽입 시 발생하는 마찰과 체내 환경에서의 수분 침투는 전극의 성능 저하 및 생체 반응을 악화시키는 주요 요인으로 지적되고 있다. 

이번 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 상용 유연 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB) 공정을 기반으로 제작된 신경전극에 생체적합성 윤활 코팅(biocompatible lubricant coating)을 적용한 새로운 구조의 유연 신경전극을 개발하였다. 연구팀은 FPCB 기반 전극의 기계적 유연성을 유지하면서, 표면에 윤활 코팅을 도입하여 삽입 시 마찰을 감소시키고 조직 손상을 최소화할 수 있도록 설계하였다.

또한 해당 코팅은 높은 소수성을 부여하여 체내 수분 유입을 억제하고, 단백질 및 세포 부착을 감소시키는 항오염(anti-biofouling) 특성을 제공함으로써 전극–조직 인터페이스의 안정성을 향상시켰다. 이러한 특성은 장기 삽입 환경에서 전기적 절연 안정성을 유지하는 데에도 중요한 역할을 한다. 

연구팀은 제작된 전극을 이용해 생쥐 해마(hippocampus)에 만성 삽입 실험을 수행한 결과, 윤활 코팅이 적용된 전극이 수 주 이상 안정적인 신경 신호를 유지함을 확인하였다. 또한 면역조직화학 분석을 통해 성상세포(GFAP) 및 미세아교세포(Iba1)의 활성화가 감소한 것을 확인하여, 염증 반응이 효과적으로 억제됨을 입증하였다. 더불어 세포 생존성 평가에서도 높은 생체적합성을 확인하였다. 

이번 연구는 단순한 소재 변경을 넘어, 유연 전극의 표면 물리·화학적 특성을 정밀하게 제어함으로써 장기 안정성과 생체 적합성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 전략을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 특히 상용 FPCB 공정을 활용함으로써 대량 생산과 비용 효율성을 확보할 수 있어, 실제 임상 및 산업 적용 가능성이 높다는 점에서도 주목된다.

연구 결과는 “Biocompatible Lubricant-Coated Flexible Neural Probes with Enhanced Long-Term Recording Stability”라는 제목으로 게재되었으며, 향후 장기 신경 신호 기록, 뇌–기계 인터페이스, 심부뇌자극(DBS), 신경질환 모델 연구 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

논문링크

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsabm.5c02232 

신경생체전자 연구실 홈페이지

https://sites.google.com/view/knunblab/

신경생체전자 연구실 공식 유튜브 채널

https://www.youtube.com/@NeBiLab