KAIST, 체온으로 유연해지는 전자잉크 세계 첫 개발

전자잉크의 제작과정 및 3D 직접 쓰기 프린팅 기법. (KAIST 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 체온으로 부드러워지는 전자잉크를 세계 최초로 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 신소재공학과 스티브박 교수 연구팀과 체온에 의해 부드러워져 인체 친화적 바이오 전자소자 구현을 가능하게 하는 액체금속 기반 전자잉크를 처음으로 개발했다고 6일 밝혔다.

이는 작은 노즐을 통한 직접 잉크 쓰기 방식으로 고해상도 프린팅이 가능하다.

피부처럼 부드럽고 유연한 의료기기는 피부나 조직에 적용 시 우리 몸의 일부처럼 이질감 없이 사용될 수 있으나 부드러운 특성으로 인해 정교한 핸들링을 어렵게 한다.

연구팀은 이러한 고정된 강성을 갖는 기존 바이오 전자기기의 한계를 극복하기 위해 연구에 착수했다.

이를 통해 개발한 전자잉크는 상온에서 단단해 손쉬운 핸들링으로 인체 적용을 용이하게 한다.

또 피부 부착 또는 조직 내 이식 후에는 체온에 의해 부드럽게 변해 조직의 일부처럼 함께 움직일 수 있는 전자 회로 제작이 가능하다.

전자잉크의 핵심 소재인 갈륨은 금속임에도 불구하고 미온에서 녹는 점을 가져 쉽게 고체와 액체 간의 상태 변화가 가능하고 뛰어난 전기전도성과 무독성을 가진다.

이와 함께 기존 갈륨의 높은 표면장력과 낮은 점도 문제를 해결함으로써 고해상도 프린팅이 가능한 전자잉크를 구현했다.

전자잉크는 상용회로도선 정도의 딱딱한 상태와 피부조직처럼 부드러운 상태 간의 뛰어난 가변 강성률, 빠른 강성 변화, 높은 열전도율, 우수한 전기전도성을 가진다. 또 3D 프린팅을 활용해 사용자 맞춤형 전자소자 제작도 가능하게 한다.

연구팀은 이 기술로 초박막 광 혈류측정 전자 피부센서와 무선 광전자 임플란트 장치를 제작했다.

이 장치는 상온(25도)에서는 딱딱해 다루기 쉬운 반면, 체온(36.7도)에 노출되면 부드럽게 변환돼 피부나 조직에 적용 시 기계적 스트레스를 주지 않고 조직 변형에 순응하며 안정적으로 동작하는 게 가능하다.

정재웅 교수는 "체온에 반응해 강성을 변환할 수 있고 고해상도 프린팅이 가능한 전자잉크는 기계적 특성 변환을 필요로 하는 다목적 전자기기, 센서, 로봇 기술뿐만 아니라 의료기기 분야에서 고정된 형태를 갖는 기존 전자기기의 한계를 극복해 다양한 새로운 가능성을 열 수 있을 것"이라고 말했다.

KAIST 신소재공학부 권도아 학사과정과 전기및전자공학부 이시목 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 성과는 국제학술지 `사이언스 어드밴시스'에 지난달 28일 게재됐다.

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