| 석박통합과정 박세환, 김민석 (지도교수 신효근), Advanced Electronic Materials (IF 5.9%) 논문 게재 | |||||
| 작성자 | 관리자 | 작성일 | 2026-09-09 | 조회수 | 122 |
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 경북대학교 전자공학부 신경생체전자 연구실(Neural Bioelectronics Lab) 소속 석박통합과정 박세환, 김민석 학생(지도교수 신효근)이 공동 제1저자로 참여한 연구 논문이 국제학술지 Advanced Electronic Materials (IF 5.9, JCR 상위 23%)에 게재되었다. 뇌의 전기적 활동을 정밀하게 측정하는 신경전극(neural probe)은 뇌 기능 연구와 뇌질환의 원인 규명, 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 등 다양한 신경공학 연구의 핵심 기술이다. 기존 신경전극에서는 높은 전기전도성과 생체적합성을 갖는 금(Au)이 신호 전달선 소재로 널리 사용되어 왔다. 그러나 최근 금 가격의 지속적인 상승으로 신경전극 제작 비용이 크게 증가하면서, 고성능을 유지하면서도 제작비를 낮출 수 있는 새로운 전극 소재 및 구조에 대한 필요성이 커지고 있다. 실제 연구에서는 금이 신경전극 원재료 비용의 약 80%를 차지하는 것으로 분석됐다. 이번 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 기존 금을 저비용·고전도성 소재인 알루미늄(Al)으로 대체하고, 알루미늄의 산화와 부식 문제를 해결할 수 있는 Ti/Al/Ni 다층 금속 구조 기반의 유연 신경전극을 개발하였다. Ti 층은 유연한 Parylene-C 기판과 금속 간의 접착력을 높이고, 상부의 Ni 층은 알루미늄의 자연 산화막 형성을 억제하는 동시에 전해질 환경에서의 부식을 방지하도록 설계하였다. 또한 전극 표면에 black platinum(bPt)을 전기도금하여 유효 표면적을 증가시키고 전극 임피던스를 크게 낮췄다. 특히 개발된 Ti/Al/Ni 신경전극은 기존 Ti/Au 전극과 동일한 공정 조건을 기준으로 제작 비용을 약 75% 절감하면서도 안정적인 전기적·화학적 성능을 확보하였다. Ti/Al/Ni 기반 전극의 제작 비용은 약 217달러로, 약 827달러가 소요되는 기존 금 기반 전극의 약 4분의 1 수준이다. 이는 고가의 귀금속 의존도를 낮추면서 신경전극의 대량 제작과 연구 접근성을 높일 수 있다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 X선 광전자 분광법(XPS), 전기화학 임피던스 측정, 세포독성 평가 등을 통해 새롭게 개발한 다층 구조의 안정성과 생체적합성을 검증하였다. Ni 보호층은 Al의 산화를 효과적으로 억제하였으며, Parylene-C로 절연된 전극은 PBS 용액에 1주일간 노출된 이후에도 약 10 kΩ 수준의 안정적인 임피던스를 유지하였다. 또한 ISO 10993-5 기준에 따른 세포독성 평가에서도 기존 Ti/Au 신경전극과 유사한 생체적합성을 확인하였다. 실제 동물실험에서는 마우스의 해마 CA1 영역에서 신경신호를 측정하여 기존 금 기반 신경전극과 성능을 직접 비교하였다. Ti/Al/Ni 전극과 Ti/Au 전극 사이에서 기저 잡음, 신경 스파이크 검출 및 신호 크기 등에 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았으며, 새롭게 개발한 저비용 전극이 기존 금 기반 전극과 동등한 수준의 생체 내 신경신호 기록 성능을 제공함을 확인하였다. 또한 전체 제작 공정에서 약 90%의 제작 수율을 확보해 웨이퍼 단위 대량 제작 가능성도 제시하였다. 이번 연구는 “Cost-Effective Ti/Al/Ni Multilayer Neural Probes With In Vivo Recording Performance Comparable to Ti/Au Neural Probes”라는 제목으로 게재되었으며, 고가의 금을 사용하지 않고도 기존 신경전극과 동등한 수준의 생체 내 신경신호 기록 성능을 구현했다는 점에서 의미가 있다. 특히 단순한 소재 대체를 넘어 다층 금속 구조 설계를 통해 알루미늄의 산화·부식 문제를 해결함으로써, 저비용·고성능 신경인터페이스의 대량 제작을 위한 새로운 소재·공정 전략을 제시하였다. 연구팀은 향후 장기간 체내 적용을 위한 전극 안정성을 추가로 검증하고, 무연(Pb-free) 나노구조 백금 코팅 기술 등을 적용하여 만성 신경인터페이스로 기술을 확장할 계획이다. 나아가 저비용 신경전극의 대량 생산을 통해 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI), 신경질환 연구 및 차세대 신경전자기술 분야에서 활용 범위를 확대할 예정이다. 논문링크 신경생체전자 연구실 홈페이지 신경생체전자 연구실 공식 유튜브 채널 |
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