| 제 목 | 박사과정 김기헌 (지도교수 신효근), Biosensors and Bioelectronics (IF 11.8) 논문 게재 | ||||
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| 작성자 | 관리자 | 작성일 | 2026-07-20 | 조회수 | 162 |
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 경북대학교 전자전기공학부 신경생체전자 연구실(Neural Bioelectronics Lab) 소속 박사과정 김기헌 학생(지도교수 신효근)이 제1저자로 참여한 연구 논문이 국제학술지 Biosensors and Bioelectronics (IF 11.8, JCR 상위 1.9%)에 게재되었다. 최근 웨어러블 및 이식형 의료기기의 발전과 함께 전기회로와 바이오센서를 하나의 유연한 플랫폼에 집적하기 위한 플렉서블 바이오전자(flexible bioelectronics) 기술이 주목받고 있다. 특히 의료기기의 소형화와 고기능화를 위해서는 다층(Multi-layer) 구조를 이용한 고집적 회로 구현이 필수적이지만, 기존 플렉서블 회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)은 대부분 구리(Cu) 기반 금속 배선을 사용하기 때문에 생리환경에서 쉽게 산화·부식되어 바이오센서로 활용하기 어렵다는 한계가 있었다. 또한 다층 구조를 구현하기 위해서는 포토리소그래피, 다층 정렬, 식각 등 복잡한 반도체 공정이 요구되어 제작 비용과 공정 난이도가 높다는 문제가 있었다. 이번 연구에서는 이러한 한계를 해결하기 위해 레이저 유도 그래핀(Laser-Induced Graphene, LIG) 기반의 새로운 다층(Multi-layer) 바이오전자 플랫폼을 개발하였다. 연구팀은 은 나노와이어(Silver Nanowire, AgNW)와 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)를 레이저 유도 그래핀과 결합한 하이브리드 전도체를 제안하였으며, 하나의 레이저 장비만을 이용하여 전도체 형성, 회로 패터닝, 층간 비아(Via) 제작까지 모두 수행하는 All-laser fabrication 공정을 구현하였다. 이를 통해 포토리소그래피나 클린룸 공정 없이도 다층 구조의 플렉서블 바이오전자 시스템을 제작할 수 있음을 입증하였다. 특히 연구팀이 개발한 하이브리드 전도체는 은 나노와이어와 탄소나노튜브로 인해 단일LIG 배선보다 4.5배 높은 전도도를 달성하여 기존 LIG의 낮은 전도도를 극복하였다. 또한, 기존 구리 기반 FPCB에서 발생하는 산화와 부식을 효과적으로 억제하였으며, 장기간 생리환경에서도 안정적인 전기적 특성을 유지할 수 있음을 확인하였다. 또한 반복적인 굽힘 변형과 다양한 pH 환경에서도 높은 기계적·화학적 안정성을 확보하여 차세대 플렉서블 바이오전자 플랫폼으로서의 가능성을 제시하였다. 연구팀은 개발된 플랫폼을 이용하여 무선 블루투스 기반 LED 제어 회로를 제작하고, 다층 구조에서도 안정적인 전기적 연결과 층간 절연 특성을 확인하였다. 이어 생쥐를 대상으로 한 뇌파(EEG) 측정 실험에서는 상용 FPCB 전극과 동등한 수준의 신호 기록 성능을 확보하였으며, 다층 구조에서도 신호 감쇠나 층간 간섭 없이 안정적으로 뇌 신호를 기록할 수 있음을 입증하였다. 또한 동일한 플랫폼을 이용하여 포도당과 젖산을 각각 측정하는 다층 전기화학 바이오센서를 구현하였다. 연구팀은 효소 기반 바이오센서를 각 층에 독립적으로 집적하여 생리학적 농도 범위에서 높은 민감도와 선택성을 확인하였으며, 기존 구리 기반 FPCB에서는 구현이 어려웠던 바이오센서를 안정적으로 제작할 수 있음을 실험적으로 검증하였다. 이를 통해 하나의 플랫폼에서 전자회로, 신경 인터페이스, 바이오센서를 동시에 구현할 수 있는 새로운 바이오전자 제조 기술을 제시하였다. 이번 연구는 레이저 기반 다층 바이오전자 플랫폼을 통해 기존 플렉서블 회로기판의 한계를 극복하고, 전자회로와 바이오센서를 하나의 플랫폼에 통합할 수 있는 새로운 제조 기술을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 또한 복잡한 반도체 공정 없이도 다층 구조와 바이오센서를 동시에 구현할 수 있어 향후 웨어러블 헬스케어 기기, 이식형 의료기기, 신경 인터페이스, 차세대 디지털 헬스케어 시스템 등 다양한 바이오전자 분야로의 확장이 기대된다. 이번 연구 성과는 "Monolithic all-laser fabricated 3D bioelectronic platforms with multilayer hybrid interconnects for multimodal sensing"라는 제목으로 게재되었으며, 다층 구조 기반의 차세대 바이오전자 플랫폼 기술로서 웨어러블 바이오센서, 신경 인터페이스, 이식형 의료기기 및 디지털 헬스케어 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 논문링크 신경생체전자 연구실 홈페이지 신경생체전자 연구실 공식 유튜브 채널 |
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