GIST, 멍게 껍질 추출물로 섬유형 전기소자 개발…생체전기신호 쉽게 검출

건조한 멍게 껍질(a)에서 추출한 셀룰로오스(b)와 광학적 특성을 보여주는 나노셀룰로오스(c).

광주과학기술원(GIST·총장 임기철)은 윤명한 신소재공학부 교수팀이 심봉섭 인하대 화학공학과 교수팀과 공동으로 멍게 껍질에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유(CNF)와 전도성 고분자 물질(PEDOT:PSS)의 복합화를 통해 친환경 섬유형 유기 전기화학 트랜지스터를 개발했다고 21일 밝혔다.

일반적으로 전도성 고분자 소재의 기계적·전기적 특성을 강화하기 위해 각기 다른 장점을 지닌 두 물질을 혼합하는 복합화 방법을 사용하고 있다. 하지만 두 물질이 서로 잘 혼합되지 않거나 한 물질의 특성을 강화하려고 하면 다른 물질의 성능이 저하되는 문제가 발생한다고 알려져 있다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 높은 결정성과 방향성을 갖는 CNF와 PEDOT:PSS를 복합화해 분자 수준에서 한 방향으로 고도로 정렬시킴으로써 기계적 유연성과 우수한 전기·전기화학적 특성을 겸비한 소재를 개발하는 데 성공했다.

고성능의 유연한 섬유형 전기화학 트랜지스터는 사람 또는 동물의 생체신호를 측정할 수 있을 뿐 아니라 식물에도 적용 가능해 식물의 이온 변화량 및 수분함유 상태 등 영양 상태를 실시간으로 파악할 수 있다.

또 이온을 주입해 신호증폭과 스위칭이 가능하기 때문에 체내 이식하거나 피부에 부착해 뇌·심장·근육 등 다양한 생체전기 신호를 쉽게 검출할 수 있다. 차세대 스마트팜용 작물 모니터링 기술을 비롯해 헬스케어·군사 의류·스포츠웨어·패션 아이템 등 다양한 분야에서의 잠재적 활용이 가능하다.

왼쪽부터 윤명한 GIST 교수, 심봉섭 인하대 교수, 항민후 GIST 박사과정생, 이승현 인하대 박사.

이번 연구 성과는 재생 가능하면서 친환경 소재인 멍게껍질로부터 추출한 CNF를 사용함으로써 향후 친환경적인 웨어러블 또는 이식형 섬유 기반 전자기기 및 센서 개발에 중요한 단초를 제공할 것으로 기대하고 있다.

윤명한 교수는 “이번 연구는 지구상에서 가장 풍부한 천연 유기물을 이용해 엔지니어링 고분자의 다양한 특성을 강화했다”면서 “특히 절연체인 CNF의 자발적 구조화를 유도해 PEDOT:PSS의 전기적 특성을 향상시킨 것은 구조화 효과를 명확하게 보여주는 것으로 학술적 의미가 크다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구실사업(BRL)의 지원을 받았으며, 생체재료 분야 국제학술지 '카보하이드레이트 폴리머' 온라인에 게재됐다.

광주=김한식 기자 hskim@etnews.com