▲ 연세대학교 원치형 박사 인천대학교 조영욱 교수 고려대학교 권시연 학생 연세대학교 이태윤 교수 연세대학교 유기준 교수 고려대학교 조일주 교수(사진제공:인천대학교)  © 박상도 기자

(브레이크뉴스인천 박상도 기자) 연세대학교 (이태윤, 유기준 교수),  고려대학교 (조일주 교수),  인천대학교 (조영욱 교수) 연구팀이 파킨슨병이나 뇌전증 같은 난치성 신경 질환을 진단하고 치료하기 위한 외부 기기를 연결하는 ‘뇌 인터페이스’ 기술이 필수적이나 기존의 실리콘 기반 전극은 딱딱한 특성 때문에 부드러운 뇌 조직에 상처를 입히고 염증을 일으켜 장기간 사용이 어렵다는 문제를 해결하기 위해 뇌 조직만큼 부드러우면서도 전기적 성능이 뛰어난 ‘올오가닉(All-organic) PEDOT:PSS 섬유 미세전극(PFME)’을 개발했다고 밝혔다. 

인천대에 따르면, 연구팀은 전도성 고분자인 PEDOT:PSS를 활용하여 섬유 형태의 전극을 제작했으며 특히, 연구팀이 고안한 ‘아스코르브산 + 아세톤 Wet spinning’ 공법은 열처리 없이도 섬유 내부의 불필요한 성분을 선택적으로 제거하고 전도성 분자들을 정렬시킴으로써, 기계적 유연성과 전기적 성능이라는 두 마리 토끼를 모두 잡는 데 성공했다. 

▲ 습식 방사를 통한 고성능 유연 섬유 전극(PFME) 제조 공정과 그 구조적·기계적 특성 분석을 보여주고 있음. 아스코르브산을 첨가한 응고 용액을 통해 표면 결함이 제어된 균일한 고분자 섬유 제조 과정을 나타내며, 후처리 공정에 따른 내부 나노 구조 정렬이 전기 전도성과 유연성을 동시에 극대화하는 원리를 설명하고 있다.(사진제공:인천대학교)  © 박상도 기자

개발된 전극은 기존 섬유 전극들보다 수십 배 낮은 임피던스(전기 저항)와 높은 전하 저장 용량을 나타내어 미세한 뇌 신호를 정밀하게 포착할 수 있고, 동시에 굽힘 강도는 매우 낮아 뇌의 미세한 움직임에 맞춰 유연하게 반응하며 조직 손상을 방지할 수 있었다.

해당 연구 결과는 다학제 분야 국제 권위 학술지인 Science Advances 에 게재됐다. 

이번 연구는 연세대학교 전기전자공학과 이태윤 교수 연구팀 (제 1저자 원치형 박사), 유기준 교신저자 (제1저자 조영욱 교수)와 고려대학교 의과대학 조일주 교수 (제 1저자 권시연 학생) 연구팀과의 융합연구로 진행됐다.

*아래는 위 기사를 ‘구글 번역’으로 번역한 영문 기사의 [전문]입니다.‘구글번역’은 이해도 높이기를 노력하고 있습니다. 영문 번역에 오류가 있을 수 있음을 전제로 합니다.<*The following is the [full text] of the English article translated using 'Google Translate'. 'Google Translate' strives to improve comprehension. It is assumed that there may be errors in the English translation.>

Incheon University, Korea University, and Yonsei University Research Teams Develop Metal-Free All-Organic Brain Nerve Implantable Microfiber Electrode

Successfully Recorded Precise, High-Resolution Single-Neuron Neural Signals While Minimizing Brain Damage

-Break News Incheon  Park Sang-do Reporter

A research team from Yonsei University (Professors Lee Tae-yoon and Yoo Ki-joon), Korea University (Professor Cho Il-joo), and Incheon University (Professor Cho Young-wook) announced the development of an 'All-Organic PEDOT:PSS Fiber Microelectrode (PFME)' that is as soft as brain tissue yet offers superior electrical performance. This was done to address the problem that while 'brain interface' technology—essential for connecting external devices to diagnose and treat intractable neurological diseases such as Parkinson's disease and epilepsy—is difficult to use for long periods due to the rigid nature of existing silicon-based electrodes, which damage soft brain tissue and cause inflammation. 

According to Incheon National University, the research team fabricated fiber-shaped electrodes using the conductive polymer PEDOT:PSS. In particular, the team successfully achieved both mechanical flexibility and electrical performance by utilizing the ‘ascorbic acid + acetone wet spinning’ method devised by the team. This method selectively removes unnecessary components within the fibers and aligns conductive molecules without the need for heat treatment.

The developed electrodes exhibited impedance (electrical resistance) tens of times lower than conventional fiber electrodes and high charge storage capacity, enabling precise capture of minute brain signals. At the same time, their extremely low bending strength allowed them to respond flexibly to the brain's minute movements while preventing tissue damage.

The research results were published in Science Advances, an internationally renowned multidisciplinary journal. 

This study was conducted as a collaborative research project between Professor Tae-Yoon Lee's research team (first author Dr. Won Chi-Hyung Won) and corresponding author Ki-Joon Yoo (first author Professor Young-Wook Cho) of the Department of Electrical and Electronic Engineering at Yonsei University and Professor Il-Joo Cho's research team (first author student Si-Yeon Kwon) of the College of Medicine at Korea University.