입력 2025.11.06 14:29
- 전기생리학과 뇌 심부 이미징을 통합한 차세대 신경 인터페이스 기술 개발
- 국제저명학술지 Advanced Functional Materials에 논문 게재
서울시립대학교(총장 원용걸)는 전자전기컴퓨터공학부 박동욱 교수 연구팀이 미국 위스콘신대학교 및 인스코픽스(Inscopix)사와 공동연구를 통해, 뇌 심부 뉴런에서 전기 신호와 광학 신호를 동시에 측정할 수 있는 투명 신경전극 시스템 BioCLEAR를 개발했다고 밝혔다.
이번 연구 결과는‘Transparent Inorganic–Organic Bilayer Neural Electrode Array and Integration to Miniscope System for In Vivo Calcium Imaging and Electrophysiology’라는 제목으로 세계적 권위의 응용과학 저널 ‘Advanced Functional Materials’(IF 19, JCR상위 4.5%)에 10월 23일 온라인 게재되었다.
BioCLEAR는 전기생리학(electrophysiology)과 칼슘 이미징(calcium imaging)을 단일 플랫폼에서 수행할 수 있는 멀티모달 신경 계측 기술로 평가받고 있다.
연구팀이 개발한 BioCLEAR는 은나노와이어(AgNW) 기반의 무기 전도체와 도핑된 PEDOT:PSS 유기 고분자층을 결합한 유무기 하이브리드 구조로 설계되었다. 이 구조는 기존 금속 전극의 불투명성과 영상 간섭 문제를 해결하는 동시에, 뛰어난 전기적 성능과 유연성을 동시에 확보했다. 투명 신경전극의 성능은 ▲전기화학 임피던스 계측법(EIS) ▲순환전압전류법(CV) ▲가속 수명 시험 ▲세포 생존성 평가 ▲설치류 동물실험 등 다양한 방법을 통해 체계적으로 검증되었다.
이를 통해 연구진은 뉴런의 전기적 흥분과 칼슘 역학 간의 상호작용을 정밀하게 분석할 수 있는 기반을 마련했다. BioCLEAR의 우수한 투명 특성은 광유전학(optogenetics) 및 다광자(two-photon) 영상 기술과의 결합에도 적합하다. 연구진은 이번 기술이 향후 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI), 신경보철(Neuroprosthetics), 뇌질환 모니터링 및 치료 기기 등 다양한 첨단 뇌과학 응용 분야로 확장될 잠재력이 크다고 전망했다.
공동연구의 책임자인 박동욱 교수(교신저자)는 “BioCLEAR는 뇌 깊은 영역의 뉴런 활동을 전기적·광학적으로 동시에 관찰할 수 있는 새로운 툴”이라며, “이 기술을 통해 신경전극 및 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 산업의 기술 경쟁력을 높이고, 뇌공학 생태계 발전에도 기여할 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 서울시립대학교 전자전기컴퓨터공학부 한동준 박사후연구원(제1저자)이 BioCLEAR의 소재, 구조, 전기화학 및 광학 특성 분석 연구 등을 주도하였으며, 미국의 위스콘신대학교 및 인스코픽스와의 협력으로 뇌 심부 실험 검증까지 전 과정을 완성한 대표적인 국제 공동연구 성공 사례로 평가된다.
본 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단(NRF)의 글로벌기초연구실지원사업, 중견연구, 국가아젠다연구 과제의 지원을 받았다. 그리고 과학기술정보통신부 및 정보통신기획평가원의 대학ICT연구센터사업 연구결과와 서울시립대학교 반도체연구센터(UOS Fab)의 연구 인프라를 기반으로 수행되었다.