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박사과정 김기헌 (지도교수 신효근), International Journal of Bioprinting (IF 6.0) 논문 게재
관리자 |
2026-04-15 |
249
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경북대학교 전자전기공학부 신경생체전자 연구실(Neural Bioelectronics Lab) 소속 박사과정 김기헌 학생 (지도교수 신효근)이 제1저자로 참여한 연구 논문이 국제학술지 International Journal or Bioprinting (IF 6.0, JCR 상위 19.0%)에 게재되었다.
최근 오가노이드(organoid) 및 3차원 조직 모델(3D in vitro tissue model)은 실제 인체 생리 환경을 모사하는 중요한 플랫폼으로 주목받고 있다. 이러한 시스템에서 세포의 대사 활동은 조직의 기능적 성숙도와 항상성 유지 상태를 반영하는 핵심 지표로, 특히 포도당(glucose) 소비와 젖산(lactate) 생성은 세포 에너지 대사 상태를 평가하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 기존의 형광 기반 분석 기법이나 HPLC, ELISA와 같은 분석 방식은 광독성, 신호 감쇠, 시간 지연 등의 문제로 인해 장시간 연속적인 대사 변화 측정이 어렵다는 한계가 있었다. 또한 전기화학 센서는 실시간 측정이 가능하지만, 마이크로플루이딕 시스템 내에서 물질 전달 효율이 제한되어 감도 저하 문제가 발생해왔다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 3D 프린팅 공정 중 자연스럽게 발생하는 ‘stair-stepping’ 표면 거칠기를 기능적 요소로 활용하는 새로운 접근법을 제시하였다. 특히 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식으로 제작된 마이크로채널의 미세 표면 구조가 유체 내 혼합을 유도하는 패시브 마이크로믹서(passive micromixer)로 작용하도록 설계하였다.
이를 통해 기존의 매끄러운 채널 대비 경계층(boundary layer)을 효과적으로 붕괴시키고, 분석 물질의 전달 효율을 향상시켜 전기화학 센서의 감도를 크게 향상시켰다. 실제 실험 결과, 포도당 센서는 최대 6.983 nA/mM, 젖산 센서는 5.669 nA/mM의 높은 감도를 보였으며, 이는 기존 매끄러운 구조 대비 각각 약 36.8% 및 60.3% 향상된 수치이다. 또한 연구팀은 3차원 조직을 모사한 하이드로겔 기반 모델을 이용하여 약 500분 동안 포도당 및 젖산의 방출을 실시간으로 안정적으로 측정하는 데 성공하였다. 이를 통해 개발된 시스템이 실제 3D 조직 환경에서의 대사 변화 모니터링에 적용 가능함을 실험적으로 입증하였다.
이번 연구는 FDM 방식의 3D 프린팅 제조 공정에서 발생하는 표면 거칠기(stair-stepping)를 단순한 결함이 아닌 기능적 요소로 활용하여 물질 전달 효율과 센서 감도를 향상시킨 새로운 설계 전략을 제시하였다. 이러한 접근은 3차원 조직 환경에서의 실시간 대사 모니터링 성능을 효과적으로 개선할 수 있으며, 향후 장기적인 오가노이드 배양 모니터링, 약물 스크리닝, 질병 모델링 및 재생의학 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 이번 연구 성과는 “Roughness-engineered 3D-printed microfluidics for continuous glucose and lactate sensing in 3D in vitro tissue models”라는 제목으로 게재되었으며, 3차원 조직 기반 대사 모니터링 기술의 새로운 방향성을 제시한 연구로 평가된다.
논문링크
신경생체전자 연구실 홈페이지
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