박동욱 교수 연구실(BNEL, 바이오나노 융합전자 연구실)은 신소재와 나노기술을 기반으로 차세대 바이오메디컬 기기 및 바이오센서 개발에 앞장서고 있습니다. 연구실은 투명 신경전극, 플렉서블 트랜지스터, DNA 압타머 기반 바이오센서 등 다양한 첨단 기술을 융합하여, 인간의 건강과 삶의 질 향상에 기여하는 혁신적인 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 그래핀과 2차원 소재, 파릴렌-C 등 생체적합성 및 투명성을 갖춘 소재를 활용하여, 뇌 신경 신호를 정밀하게 기록하고 실시간 이미징이 가능한 투명 신경전극을 개발하고 있습니다. 이러한 전극은 기존 금속 전극의 한계를 극복하며, 신경과학 연구와 신경질환 치료, 뇌-컴퓨터 인터페이스 등 다양한 응용 분야에서 새로운 가능성을 제시합니다.
또한, 연구실은 플렉서블 전자소자 분야에서도 선도적인 역할을 하고 있습니다. 파릴렌-C 기판 위에 제작되는 플렉서블 트랜지스터, RRAM, CTF 메모리 등은 웨어러블 및 이식형 바이오메디컬 기기에 적합하며, 신뢰성 향상과 장기 내구성 확보를 위한 다양한 공정 및 소재 연구가 병행되고 있습니다. 이러한 기술은 미래의 스마트 헬스케어, 신경모방 시스템, 인체 삽입형 센서 등 차세대 의료기기의 핵심 기반이 됩니다.
DNA 압타머와 마이크로플루이딕 시스템을 결합한 바이오센서 개발도 연구실의 주요 연구 분야 중 하나입니다. 압타머의 높은 특이성과 마이크로플루이딕 칩의 정밀 제어 기술을 접목하여, 다양한 바이오마커를 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 차세대 진단 플랫폼을 개발하고 있습니다. 이는 조기 질병 진단, 맞춤형 의료, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다.
이 외에도 연구실은 신경전극의 장기 신뢰성, 플렉서블 소자의 전기적 특성 분석, 바이오센서의 실시간 모니터링 등 다양한 융합 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 박동욱 교수 연구실은 깊이 있는 연구와 실용적 응용을 통해, 건강한 사회와 미래 바이오전자공학의 발전에 기여하고자 노력하고 있습니다.
투명 신경전극은 뇌의 복잡한 구조와 행동을 이해하기 위한 핵심 기술로, 전기생리학, 신경영상, 그리고 광유전학 등 다양한 신경과학 연구에 필수적인 역할을 하고 있습니다. 본 연구실에서는 그래핀, 2차원 소재, 유무기 하이브리드 등 첨단 나노소재를 활용하여 투명하고 유연하며 이식 가능한 신경전극 어레이를 개발하고 있습니다. 이러한 전극은 기존의 불투명 금속 전극과 달리, 신경 신호의 정밀한 기록과 동시에 광학적 이미징 및 광유전학적 자극이 가능하여, 신경회로의 동적 변화를 실시간으로 관찰할 수 있습니다.
연구실은 투명 신경전극의 소재 개발뿐만 아니라, 신경전극의 장기 신뢰성, 생체적합성, 그리고 실제 동물 모델에서의 적용성까지 폭넓게 연구하고 있습니다. 특히, 파릴렌-C와 같은 생체적합성 고분자 기판을 이용하여 전극의 내구성과 유연성을 극대화하고, 폴리이미드 케이블 등 다양한 구조적 보완을 통해 장기 이식 환경에서도 안정적인 신호 획득이 가능하도록 설계합니다. 또한, 전극의 전기화학적 특성 개선을 위해 금속-그래핀 하이브리드 구조 등 혁신적인 접근법을 도입하고 있습니다.
이러한 연구는 뇌-컴퓨터 인터페이스, 신경질환 진단 및 치료, 차세대 신경보철기기 개발 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 투명 신경전극 기술은 신경과학의 새로운 패러다임을 제시하며, 향후 인간의 뇌 기능 해석과 신경계 질환 치료에 혁신적인 기여를 할 것으로 기대됩니다.
플렉서블 트랜지스터, 메모리 및 논리소자
플렉서블 전자소자는 차세대 전자기기와 의료기기 분야에서 필수적인 기술로 부상하고 있습니다. 본 연구실은 생체적합성 파릴렌-C 기판 위에 제작되는 플렉서블 트랜지스터, 메모리, 논리회로 등 다양한 전자소자를 연구하고 있습니다. 이러한 소자들은 유연성과 투명성, 생체적합성을 동시에 갖추고 있어, 웨어러블 및 이식형 바이오메디컬 기기에 적합합니다.
특히, 그래핀, 2차원 소재, IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), 유기 반도체 등 첨단 소재를 활용하여 플렉서블 트랜지스터와 RRAM(저항변화 메모리), CTF(Charge Trap Flash) 메모리, 플렉서블 증폭기 등을 개발하고 있습니다. 이들 소자는 곡면이나 신체 표면에 부착하여 사용할 수 있으며, 신호 증폭, 데이터 저장, 논리 연산 등 다양한 기능을 수행할 수 있습니다. 또한, 플렉서블 소자의 신뢰성 향상을 위해 SU-8 패시베이션, 구조적 최적화, 전기적 특성 분석 등 다각도의 연구가 이루어지고 있습니다.
이러한 연구는 웨어러블 헬스케어, 인체 삽입형 센서, 신경모방 시스템(뉴로모픽) 등 미래 지향적 응용 분야에 직접적으로 연결됩니다. 플렉서블 전자소자 기술은 인간과 기계의 경계를 허물며, 차세대 스마트 의료기기와 바이오센서의 핵심 기반이 되고 있습니다.
DNA 압타머 기반 바이오센서 및 마이크로플루이딕 시스템
DNA 압타머는 특정 표적 분자에 선택적으로 결합하는 단일 가닥 핵산으로, 바이오센서 분야에서 혁신적인 감지 기술로 주목받고 있습니다. 본 연구실에서는 압타머와 마이크로플루이딕 시스템을 결합한 전자 바이오센서를 개발하여, 미세유체 채널을 통해 흐르는 바이오마커를 고감도, 고특이적으로 검출하는 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 압타머 기반 바이오센서는 라벨 프리(label-free) 방식으로 작동하여, 복잡한 전처리 없이도 신속하고 정확한 진단이 가능합니다.
연구실은 DNA 압타머의 설계 및 합성, 전자소자와의 융합, 그리고 마이크로플루이딕 칩의 미세가공 기술까지 전주기적 연구를 진행하고 있습니다. 특히, 압타머-전극 결합 구조의 최적화, 전기화학적 신호 증폭, 다양한 질병 바이오마커(예: 글루코스, pH, 단백질 등) 검출에 대한 응용 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 또한, 실시간 모니터링 및 다중 분석이 가능한 플랫폼 개발을 통해 차세대 진단기술의 상용화 가능성을 높이고 있습니다.
이러한 기술은 조기 질병 진단, 맞춤형 의료, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. DNA 압타머 기반 바이오센서와 마이크로플루이딕 시스템의 융합은 미래 바이오진단의 패러다임을 변화시키며, 개인 맞춤형 헬스케어 실현에 중요한 역할을 할 것입니다.
