| 제 목 | 석박통합과정 이승준, 박사과정 김기헌 (지도교수 신효근), Sensors and Actuators B: Chemical (IF 8.3) 논문 게재 | ||||
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| 작성자 | 관리자 | 작성일 | 2026-07-16 | 조회수 | 258 |
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 경북대학교 전자전기공학부 신경생체전자 연구실(Neural Bioelectronics Lab) 소속 석박통합과정 이승준 학생, 박사과정 김기헌 학생(지도교수 신효근)이 제1저자로 참여한 연구 논문이 국제학술지 Sensors and Actuators B: Chemical (IF 8.3, JCR 상위 1.9%)에 게재되었다. 뇌는 포도당(glucose), 젖산(lactate), 도파민(dopamine)과 같은 다양한 신경화학 물질과 신경세포의 전기적 활동이 복합적으로 상호작용하며 기능을 수행한다. 따라서 여러 신경화학 물질과 전기생리 신호를 동일한 위치에서 동시에 측정하는 기술은 뇌 기능과 신경질환의 발병 기전을 이해하기 위한 핵심 기술로 주목받고 있다. 그러나 기존 기술은 대부분 하나의 화학 물질만 측정하거나, 여러 센서를 물리적으로 분리하거나 복잡한 미세유체 시스템을 사용해야 하는 한계가 있어 공간 해상도와 실시간 측정 성능이 제한적이었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 레이저 유도 그래핀(Laser-Induced Graphene, LIG) 기반의 유연 신경전극을 개발하고, 하나의 신경전극에서 포도당, 젖산, 도파민을 동시에 측정할 수 있는 멀티플렉스(multplexed) 신경화학 센싱 기술을 구현하였다. 특히 서로 인접한 전극마다 원하는 효소만 선택적으로 고정하는 위치 선택적 효소 기능화(site-selective enzyme functionalization) 공정을 새롭게 제안하여, 매우 좁은 공간에서도 각각의 화학 물질을 독립적으로 측정할 수 있도록 하였다. 이 기술은 기존처럼 복잡한 포토리소그래피나 미세유체 구조 없이도 다기능 신경센서를 구현할 수 있다는 장점을 가진다. 연구팀은 포도당 산화효소(GOx), 젖산 산화효소(LOx), 티로시나아제(Tyrosinase)를 각각 선택적으로 고정하여 포도당, 젖산, 도파민을 선택적으로 검출하는 센서를 제작하였다. 제작된 센서는 생리학적 농도 범위에서 높은 선택성과 우수한 감도를 나타냈으며, 센서 간 간섭(crosstalk)을 최소화하여 여러 신경화학 물질을 동시에 안정적으로 측정할 수 있음을 확인하였다. 또한 반복적인 효소 기능화 과정 이후에도 초기 효소 활성이 90% 이상 유지되어 높은 안정성을 입증하였다. 연구팀은 제작한 센서를 이용해 SH-SY5Y 세포에서 자극에 따른 도파민 분비를 실시간으로 검출하는 데 성공하였으며, 이어 생쥐의 전전두엽(medial prefrontal cortex)에 신경전극을 삽입하여 포도당, 젖산, 도파민의 변화를 동시에 측정하였다. 특히 코카인 투여 후 도파민 농도가 크게 증가하고, 포도당은 완만하게 증가하는 반면 젖산은 거의 변화하지 않는다는 사실을 실시간으로 확인하였다. 이러한 결과는 서로 다른 신경화학 물질이 약물 자극에 서로 다른 방식으로 반응함을 보여준다. 더 나아가 연구팀은 동일한 신경전극에 Black Platinum을 전기도금하여 저임피던스 신경기록 전극을 구현하고, 신경화학 신호와 전기생리 신호를 동시에 기록하는 멀티모달(multimodal) 신경 인터페이스를 구축하였다. 실험 결과, 도파민 농도가 증가하는 시점과 함께 신경세포의 발화 활동(spiking activity)이 증가하는 것을 동시에 관찰함으로써, 신경화학 변화와 전기적 신경활동을 동일한 국소 뇌 영역에서 실시간으로 분석할 수 있음을 입증하였다. 이번 연구는 하나의 소형 신경전극에서 여러 신경화학 물질과 전기생리 신호를 동시에 측정할 수 있는 새로운 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 또한 레이저 기반 제작 공정을 활용해 제조 공정을 단순화하면서도 높은 확장성을 확보하여, 향후 고밀도 신경 인터페이스, 뇌질환 기전 연구, 신약 평가, 차세대 뇌-기계 인터페이스(Brain–Machine Interface) 기술 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 이번 연구 성과는 "A laser-induced graphene neural probe for multiplexed multimodal readout via site-selective functionalization"라는 제목으로 Sensors and Actuators B: Chemical에 게재되었다. 논문링크 신경생체전자 연구실 홈페이지 신경생체전자 연구실 공식 유튜브 채널 |
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