이상민 연구실
생체의공학과 이상민
이상민 연구실은 생체의공학 분야에서 첨단 나노기술과 전자공학을 융합하여, 차세대 바이오센서, 임플란트 의료기기, 인공 망막 시스템, 웨어러블 헬스케어 플랫폼 등 다양한 연구를 선도하고 있습니다. 연구실은 실리콘 나노와이어 기반의 고감도 바이오센서와 임플란트형 의료기기 개발에 중점을 두고 있으며, 이를 통해 체내외 생체 신호의 정밀 측정 및 실시간 모니터링 기술을 발전시키고 있습니다.
특히, 고해상도 인공 망막 자극 시스템 개발을 위한 나노구조 미세전극 어레이, 나노와이어 광검출기, 저전력 자극 회로의 집적화 연구는 국내외적으로 높은 평가를 받고 있습니다. 이 기술은 망막 변성 질환 환자들의 시각 복원에 실질적인 기여를 할 수 있으며, 실제 동물실험 및 임상 적용을 위한 기반 기술로 자리잡고 있습니다. 또한, 다양한 특허와 논문, 학술대회 발표를 통해 연구 성과를 꾸준히 축적하고 있습니다.
이와 더불어, 웨어러블 및 무선 바이오신호 측정 시스템 분야에서도 혁신적인 연구를 진행하고 있습니다. 피부 부착형 IMU, 무선 ECG, 다채널 바이오신호 집적회로 등은 원격 건강 모니터링, 재활, 모바일 헬스케어 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있습니다. 신축성 있는 기판과 저전력 회로 설계 기술을 통해, 사용자의 편의성과 데이터 신뢰성을 동시에 확보하고 있습니다.
연구실은 실리콘 나노와이어의 top-down 공정, 유연 회로 기판 제조, 미세전극 어레이 설계 등 핵심 원천기술을 바탕으로, 바이오센서, 인공 망막, 임플란트 의료기기, 웨어러블 헬스케어 등 다양한 융합 연구를 지속적으로 확장하고 있습니다. 또한, 산학연 협력과 다양한 국가 연구과제 수행을 통해, 실용화 및 상용화 가능성이 높은 연구 성과를 창출하고 있습니다.
이상민 연구실은 앞으로도 생체의공학과 나노기술의 융합을 통한 혁신적인 의료기기 및 바이오센서 개발을 목표로, 인류 건강 증진과 삶의 질 향상에 기여하는 연구를 지속해 나갈 것입니다.
Microfluidic Systems
Retinal Prostheses
Body Channel Communication
실리콘 나노와이어 기반 바이오센서 및 의료 임플란트 기술
실리콘 나노와이어(SiNW)는 우수한 전기적, 광학적, 기계적 특성으로 인해 차세대 바이오센서 및 의료 임플란트 분야에서 주목받고 있습니다. 본 연구실은 수직 및 수평 배열의 실리콘 나노와이어 어레이를 고도화된 top-down 공정으로 제작하여, 다양한 생체 신호 감지 및 분석에 활용하고 있습니다. 특히, 기존의 복잡한 나노구조 제작 공정을 단순화하면서도, 나노와이어의 개수, 폭, 두께 등 다양한 파라미터를 정밀하게 제어할 수 있는 기술을 개발하였습니다.
이러한 나노와이어 기반 센서는 체내 이식형 pH 센서, 포도당 모니터링 시스템, 압력 센서 등 다양한 의료기기에 적용되고 있습니다. 예를 들어, 위식도 역류 질환(GERD) 모니터링을 위한 임플란트형 pH 센서 시스템에서는, 인체 내에서 실시간으로 생화학적 변화를 감지하고, 신호를 무선으로 전송하는 기술이 구현되었습니다. 또한, 나노와이어의 높은 표면적과 민감도를 활용하여, 미세한 생체 신호의 변화도 정밀하게 측정할 수 있습니다.
본 연구실의 기술은 기존의 도핑 공정 없이도 압저항 효과를 극대화할 수 있으며, 다양한 용도에 맞게 센서의 동작 범위를 조절할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이를 통해, 차세대 바이오센서 및 임플란트 의료기기의 신뢰성, 효율성, 실시간 모니터링 능력을 크게 향상시키고 있습니다.
고해상도 인공 망막 및 신경 자극 시스템
망막 변성 질환 등으로 시력을 상실한 환자들을 위한 인공 망막 시스템은, 남아있는 망막 신경세포를 전기적으로 자극하여 시각을 복원하는 첨단 의료기기입니다. 본 연구실은 고해상도 인공 망막 자극기 개발을 위해, 나노구조 미세전극 어레이와 나노와이어 광검출기, 전기 자극 회로의 집적화에 집중하고 있습니다. 특히, 수직 적층형 실리콘 나노와이어 광검출기와 바이패식 전류 자극기 집적회로(IC)를 결합하여, 외부 카메라 없이도 빛 신호를 직접 감지하고 신경 자극 신호로 변환하는 시스템을 구현하였습니다.
이러한 시스템은 기존의 인공 망막이 가진 해상도 및 전류 주입 한계 문제를 극복하고, 더 많은 미세전극을 집적하여 세밀한 시각 정보를 제공할 수 있습니다. 또한, 나노구조 미세전극은 전극-전해질 계면 임피던스를 낮추어, 적은 전력으로도 충분한 신경 자극이 가능하도록 설계되었습니다. 실제 동물실험을 통해, 빛의 세기와 나노와이어 밀도에 따라 신경 반응이 정량적으로 증가함을 확인하였으며, 이는 인공 망막의 임상적 적용 가능성을 높이고 있습니다.
본 연구실의 인공 망막 시스템은 유연한 기판 위에 집적된 나노와이어 광검출기와 미세전극 어레이, 그리고 저전력 자극 회로를 통합함으로써, 초박형·고해상도·고신뢰성의 차세대 시각 재활 솔루션을 제시하고 있습니다.
웨어러블 및 무선 바이오신호 측정 시스템
최근 웨어러블 헬스케어 기기의 수요가 급증함에 따라, 본 연구실은 피부 부착형 무선 바이오신호 측정 시스템 개발에 주력하고 있습니다. 패치형 6축 관성센서(IMU), 무선 심전도(ECG) 및 생체 임피던스 측정 회로, 다채널 바이오신호 집적회로 등 다양한 웨어러블 플랫폼을 연구·개발하고 있습니다. 이들 시스템은 신체 움직임, 심박, 혈압, 호흡 등 다양한 생체 신호를 실시간으로 측정하고, 블루투스 등 무선 통신을 통해 데이터를 전송할 수 있습니다.
특히, 신축성 있는 점착성 기판 위에 집적된 전자회로와 센서를 활용하여, 피부 변형에도 안정적으로 밀착되고, 움직임에 따른 신호 왜곡을 최소화하는 기술을 구현하였습니다. 또한, 저전력·저잡음 증폭기, 아날로그-디지털 변환기(ADC), 전력 효율적인 신호처리 회로를 집적하여, 장시간 연속 모니터링이 가능한 시스템을 실현하였습니다. 이러한 웨어러블 바이오센서 플랫폼은 원격 건강 모니터링, 재활, 모바일 헬스, 인간-컴퓨터 인터페이스(HCI) 등 다양한 분야에 적용되고 있습니다.
본 연구실의 웨어러블 바이오신호 측정 기술은, 기존 상용 제품 대비 소형화, 경량화, 신뢰성, 데이터 정밀도 측면에서 우수한 성능을 보이며, 미래 디지털 헬스케어 및 개인 맞춤형 의료 서비스의 핵심 기반 기술로 자리매김하고 있습니다.
1
Highly Photoresponsive Vertically Stacked Silicon Nanowire Photodetector with Biphasic Current Stimulator IC for Retinal Prostheses
김태환, 한승주, 이상민
APPLIED SCIENCES-BASEL, 202410
2
Design and simulation of artificial retinal stimulation IC with switched capacitor using Si nanowire optical properties
한승주, 김태환, 김창희, 이상민
SCIENCE PROGRESS, 202407
3
Editorial: Skin-interfaced platforms for quantitative assessment in public health
한승주, 김창희, 김태환, Jeong, Hyoyoung, 이상민
FRONTIERS IN BIOENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY, 202404
1
[기본연구] Top-down 공정으로 제작된 수직/수평 배열의 실리콘 나노와이어 광-전류 변환 소자 및 이의 일체형 고해상도 망막 자극 전극에의 응용(1/3)
3
실리콘 나노와이어 소자 및 이의 고해상도 인공 망막 시스템 응용에 대한 연구(1/3)
