KAIST, 생체전자소자 쉽고 빠르게 만드는 '전도성 고분자' 전극 신소재 개발

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 3D 프린팅으로 다양한 형태의 생체전자소자를 쉽고 빠르게 제작할 수 있는 전도성 고분자 기반 전극 물질을 개발했다고 7일 밝혔다.

이를 활용해 뇌 심부에서 뇌 활성화 원리를 정확하게 해석할 수 있을 것으로 기대된다. 헬스케어 모니터링 소자, 생체 삽입형 소자로도 활용 가능하다.

스티브 박 신소재공학과 교수, 박성준 바이오 및 뇌공학과 교수팀이 이룬 성과다.

기존 생체전자소자용 금속 물질은 단단해 생체조직에 상처를 입힐 수 있다. 대안으로 나온 전도성 하이드로젤 소재는 전기전도성이 낮고, 생체적합성 개선을 위해 24시간 이상 독성 제거 공정도 필요하다. 2D 구조 전극 패터닝만 가능하다는 한계도 있다.

3D 프린팅 기술을 이용한 전도성 고분자 물질 기반 전극 패터닝 기술 모식도.

연구팀은 전도성 고분자를 나노미터 크기 콜로이드 형태로 가공하고, 독성 물질을 원심분리 공정으로 제거해 3D 프린팅이 가능하면서 후처리 공정이 필요 없는 고전도성 하이드로젤 잉크를 개발했다.

선행연구 대비 약 1.5배 전기전도도를 가지며, 고해상도 패터닝, 전방위 3D 전극 패터닝이 가능하다. 생체조직 접촉 시 손상도 최소화할 수 있다.

복잡한 3D 회로를 적용 분야에 맞춰 제작할 수 있고, 3D 마이크로니들 구조로 전극을 패터닝해 조직 표면 생체신호뿐만 아니라 조직 심부 뉴럴 인터페이스 제작도 가능해졌다.

스티브 박 교수는 “기존 3D 프린팅 기술을 이용한 전자소자는 전도성·생체적합성 개선을 위해 장시간, 복잡한 후처리가 필요해 '래피드 프로토타이핑(신속 생성)'이 장점인 3D 프린팅 기술의 모든 장점을 이용할 수 없었다”며 “이번 연구에서는 이런 단점을 해결해 향후 환자 맞춤형 바이오 전자소자 및 다양한 3D 회로 응용 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

KAIST 신소재공학과의 오병국 박사과정과 백승혁 석사, 남금석 바이오 및 뇌공학과 석박사통합과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 7월 11일 게재됐다.

이번 연구는 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업, 중견 사업 및 한국전자통신연구원(ETRI) 지원을 받아 수행됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com