경북대학교 전자공학부 신경생체전자 연구실(Neural Bioelectronics Lab) 소속 학석연계과정 박세환 학생(지도교수 신효근)이 제1저자로 참여한 연구 논문이 국제 학술지 ACS Omega (IF 3.7)에 게재되었다. 박세환 학생은 2024년 3월 본 연구실에 소속되어 현재 학사 7학기를 이수 중이다.

이번 연구에서는 표준 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 공정과 호환되면서도 전극 밀도를 획기적으로 향상시킨 고밀도 유연 신경 탐침(Flexible Neural Probe with Optimized Electrode Density)을 개발하였다.

기존 본 연구실에서 개발한 FPCB 기반 유연 신경 탐침은 낮은 제작 단가와 간편한 커넥터 연결 방식 덕분에 다양한 연구 환경에서 각광받았으나, 공정상의 한계로 인해 전극 밀도가 낮고 정밀한 신경 네트워크 분석에는 제약이 있었다. 연구팀은 이를 보완하기 위해, 회로 선폭 및 간격을 최적화하고 대면적 기판의 평탄도를 유지하기 위한 알루미늄 보강판(stiffener)과 미세 패턴 형성의 정확도를 높이기 위한 overetching 공정을 도입하였다.

이러한 공정 최적화를 통해 동일한 기판 면적 내에서 기존 대비 3배 이상의 전극 밀도를 구현하는 데 성공하였다. 또한 전기적 특성(임피던스 분석), 기계적 안정성(반복 삽입 테스트), 생체 실험(in vivo spike recording)을 통해 본 탐침의 우수한 성능과 신뢰성을 입증하였다.

특히 in vivo 실험에서는 마우스의 CA1 및 CA3 영역에서 고품질 spike 신호가 성공적으로 기록되었으며, 반복 실험에서도 일관된 결과를 확보하였다. 신경 신호의 극성, 진폭 분포, burst firing 등의 정량 분석을 통해 본 탐침이 다중 뇌 영역에서의 동시 신호 측정 및 단일 뉴런 수준 분석에 적합함을 보여주었다.

이번 연구는 고밀도 유연 신경 탐침의 제작 공정에 있어 공정 안정성과 수율을 유지하면서도 전극 수를 획기적으로 증가시킬 수 있음을 실증한 결과로, 신경 네트워크 해석, 신경 질환 모델 분석, BCI(Brain-Computer Interface) 등 다양한 분야에서 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

해당 논문은 ACS Omega에 게재되었으며, 연구팀은 FPCB의 소재 개선 및 생체적합성 강화를 통해 임상 적용 가능성도 지속적으로 탐색해 나갈 계획이다.

논문링크

http://doi.org/10.1021/acsomega.5c02700

신경생체전자 연구실 홈페이지

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