DGIST, 환자 맞춤형 ‘투명 금 전극’ 제작 기술 개발

대구경북과학기술원(DGIST)은 전기전자컴퓨터공학과 강홍기 교수팀이 미세 잉크젯 프린팅 용액 공정 기반 투명 전극 및 광열 층의 선택적 형성 기술 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.

이 기술은 온도 변화에 민감하거나, 소자의 투명성이 요구되는 바이오 소재 응용 디바이스 개발 및 발전에 기여할 것으로 보인다.

강홍기(왼쪽) 교수와 김두희 석박통합과정생. DGIST 제공

최근 바이오 이미징에 용이하고, 광유전학 등 다양한 어플리케이션에 적용될 ‘투명 전극’이 많은 관심을 받고 있다. 하지만 기존 투명 전극 제작에 사용하는 인듐 주석 산화물 또는 산화주석물과 같은 잉크 재료는 플렉서블 기판의 전이온도보다 높은 350도 이상 공정 온도를 요구해 기존 잉크 재료를 사용, 투명 전극 공정을 진행할 경우 높은 공정 온도로 인해 플렉서블 기판이 딱딱해지게 되는 기계적 취약점이 존재한다.

이에 연구팀은 패턴 형성 자유도가 높은 잉크젯 프린팅 기술을 사용해 투명 초박막 금 미세 전극을 환자 맞춤형으로 제조하는 새로운 방법을 제안했다. 잉크를 직접 인쇄하는 기존 방법과 달리 기저핵 생성을 유도하는 폴리머 시드 층을 잉크젯 프린터를 이용해 인쇄하고, 포토마스크 없이 6nm 이하 ‘초박막 금’을 진공 증착해 높은 투과도를 가지는 투명 전극을 선택적으로 공정했다.

동시에 ‘비전도성 금 섬 층’을 폴리머 시드 층이 인쇄되지 않은 영역에 형성시켰고, 이를 이용해 광열효과가 발현되도록 구현했다. 연구팀은 개발한 나노 구조체의 완성도 확인을 위해 검증을 진행했으며, 투명 온도 센서를 활용해 광열 효과를 감지함은 물론 소자 상단부에 신경세포를 성장시켜 바이오 적합성과 바이오 이미징 가능성을 모두 확인할 수 있었다.

이번 연구를 통해 개발한 ‘초박막 금 전극과 금 나노 구조체’는 ‘환자 맞춤형 플렉서블, 웨어러블 투명 전극 형성’이 요구되는 생물 의학과 공학 응용 분야에서 노광 마스크 없이 상온에서 공정을 진행할 수 있다는 측면에서 기존 소자보다 뛰어난 장점을 갖고 있다.

연구팀은 이런 기술을 확장하게 되면 신경 조절, 암 치료, 약물 전달 또는 광기반 PCR과 같은 광열 효과 기반 열 치료를 성공적으로 수행할 수 있을 것으로 보고 있다. 강홍기 교수는 “기존의 전극 형성법과 다른 방식으로 잉크젯 프린팅을 통해 환자 맞춤형 ‘초박막 금 전극’의 생산이 가능하다는 것이 핵심”이라며 “이 기술을 활용하면 환자 맞춤형 유연 미세 전극 어레이를 통해 생체에서 발생하는 여러 신호를 보다 효율적으로 측정할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스’에 게재됐다.

대구=김덕용 기자 kimdy@segye.com