본 연구 주제는 전자·재료·생명 시스템을 하나의 플랫폼으로 통합하여 디지털 신호와 생체 신호를 정밀하게 연결하는 바이오-디지털 인터페이스 개발에 초점을 둔다. 기존의 생체 인터페이스가 주로 전기적 자극과 기록에 의존했다면, 이 연구는 세포와 조직이 실제로 사용하는 생화학 신호 물질까지 제어 대상으로 확장함으로써 훨씬 높은 세포 특이성과 기능 선택성을 구현하고자 한다. 특히 세포-전극 계면에서 일어나는 신호전달 현상을 실시간으로 분석하고, 이를 기반으로 생체 시스템의 상태를 읽고 다시 조절하는 양방향 인터페이스를 설계하는 것이 핵심이다. 이를 위해 연구실은 전기화학 나노촉매, 기능성 전극, 미세구조 제어 재료, 생체적합성 표면공학 기술을 결합한다. 전기화학 반응을 이용해 산화질소, 활성산소종, 황화수소와 같은 생리활성 분자 또는 이온성 신호를 시공간적으로 생성·전달하고, 세포 반응을 정밀하게 유도하는 접근이 특징적이다. 또한 세포-재료 계면의 동적 변화를 관찰할 수 있는 in situ 분석 기술과, 생체 조직 환경에서도 안정적으로 작동하는 재료 설계를 통해 실제 의료 응용 가능성을 높이고 있다. 이러한 연구는 디지털 헬스케어, 차세대 치료기기, 정밀의료용 삽입형 소자 개발에 직접적으로 연결된다. 단순한 센서나 자극 장치를 넘어, 생체 분자 수준에서 질병 상태를 감지하고 맞춤형으로 조절하는 지능형 바이오인터페이스로 발전할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 향후에는 뇌-기계 인터페이스, 오가노이드 기반 질환 모델, 웨어러블 및 임플란터블 의료기기와의 융합을 통해 진단과 치료를 동시에 수행하는 고도화된 플랫폼으로 확장될 가능성이 높다.

연구실의 또 다른 핵심 주제는 유연하고 다기능적인 소재 시스템을 활용하여 신경회로를 정밀하게 조절하는 차세대 신경 인터페이스 기술이다. 뇌뿐 아니라 장과 같은 말초 장기까지 포함하는 신경생리학적 네트워크를 이해하고 제어하기 위해, 기계적 순응성이 높고 생체 조직과 잘 결합하는 소재 기반 소자를 설계한다. 이는 행동 중인 생체 내에서 안정적으로 작동하면서도 조직 손상을 최소화할 수 있는 인터페이스를 구현하는 데 중요한 기반이 된다. 특히 광원, 전극, 열센서, 미세유체 채널 등을 통합한 섬유형 미세전자 시스템과 무선 제어 모듈의 조합은 연구실의 지향점을 잘 보여준다. 이러한 플랫폼은 뇌의 보상회로를 조절하거나 장 내강과 같은 해부학적으로 까다로운 환경에서도 감각세포와 미주신경 구심성 경로를 조절할 수 있도록 설계된다. 더 나아가 자기 나노트랜스듀서와 같은 자극-응답형 나노소재를 이용하여 외부 자기장으로 세포 신호전달을 유도하는 방식도 포함되며, 이는 비침습적 또는 저침습적 신경조절 기술로서 큰 잠재력을 갖는다. 이 연구는 신경과학, 재료공학, 의공학이 교차하는 대표적 융합 영역으로, 퇴행성 뇌질환, 노화 뇌, 감각 및 자율신경계 이상, 척수손상 재활 등 다양한 의료 문제 해결에 기여할 수 있다. 또한 뇌-장 축과 같은 복합 생리 네트워크를 기능적으로 해석하고 제어하는 도구를 제공함으로써 기초과학적 가치도 높다. 장기적으로는 환자 맞춤형 신경조절 임플란트, 무선 치료 플랫폼, 뇌-오가노이드 기반 질환 모델과 연계된 정밀 신경치료 기술로 발전할 가능성이 크다.

박지민 연구실은 바이오 응용뿐 아니라 에너지와 화학 전환 분야에서도 기능성 재료 설계 역량을 확장하고 있다. 대표적으로 고에너지 리튬인산철 전지용 전극 공정 최적화, 신축성 유기 태양전지용 광활성 복합재료 설계, 물 분해 촉매 및 고선택성 전기화학 촉매 개발 등이 포함된다. 이러한 연구들은 재료의 미세구조, 전하 이동 경로, 기계적 변형 안정성, 반응 선택성 사이의 상관관계를 정밀하게 제어함으로써 고성능 에너지 변환 시스템을 구현하는 데 목적이 있다. 구체적으로는 건식 전극 공정을 체계적으로 제어하여 배터리의 에너지 밀도와 제조 효율을 함께 높이는 접근, 광활성 물질과 엘라스토머의 이중 네트워크를 활용해 늘어날수록 성능이 향상되는 스트레처블 유기 태양전지 개발, 그리고 금속-유기 하이브리드 촉매를 이용한 고선택성 전기화학 반응 유도가 중요한 연구 축을 이룬다. 또한 전기합성을 통해 생리활성 화합물이나 의약 관련 분자를 정밀하게 생성하는 방향으로 연구가 확장되며, 이는 에너지 소재와 바이오 소재 연구의 경계를 연결하는 특징을 보여준다. 이 연구의 의의는 단순히 높은 성능의 소재를 만드는 데 그치지 않고, 실제 제조 가능성과 응용 환경까지 고려한 플랫폼형 재료기술을 제시한다는 점에 있다. 신축성과 내구성을 동시에 만족하는 태양전지, 고효율·고안전성 배터리, 친환경 조건에서 고부가가치 산물을 만드는 전기화학 촉매는 미래 에너지 및 지속가능 화학 산업에 직접적으로 기여할 수 있다. 나아가 이러한 소재 설계 원리는 웨어러블 전자소자, 의료용 자가전원 시스템, 친환경 화학공정 등으로 이어지며 연구실의 융합적 정체성을 더욱 강화한다.