"조직 손상 입지 않고 심장·뇌 신호 측정"…3D프린팅 이용해 생체전자소자 제작

KAIST, 전도성 고분자 기반 전극물질 개발
독성물질 제거..맞춤형 바이오 전자소자 활용

KAIST는 3D프린팅을 통해 다양한 형태의 생체전자소자를 제작할 수 있는 '전도성 고분자 기반 전극 물질'을 개발했다. KAIST 제공

생체조직 접촉 시 손상을 최소화하고, 피부 조직 표면부터 뇌심부까지 측정할 수 있는 전도성 신소재가 개발됐다. 피부에 부착하는 헬스케어 모니터링 소자부터 생체삽입형 소자까지 널리 활용할 수 있을 전망이다.

KAIST는 스티브 박 신소재공학과 교수, 박성준 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 공동으로 3D프린팅을 통해 다양한 형태의 생체전자소자를 쉽고 빠르게 제작할 수 있는 '전도성 고분자 기반 전극 물질'을 개발했다고 7일 밝혔다.

생체전자소자는 생체신호를 지속적으로 측정해 다양한 병을 진단하거나 치료할 수 있는 전자소자로, 실시간 심박수를 측정할 수 있는 '스마트 워치', 심장 박동수를 조절하는 '페이스메이커' 등이 대표적이다. 기존 생체전자소자는 금속물질을 사용해 생체조직에 상처를 입혀 염증반응을 유발하거나 신호를 왜곡시키는 문제가 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 체내 조직과 비슷한 물성을 가진 하이드로젤 기반 전극 소재는 소자 제작 후 24시간 이상 독성 제거 공정을 거쳐야 하고, 2D구조의 전극 패터닝만 가능하다는 한계가 있다.

연구팀은 전도성 고분자를 나노미터 크기의 콜로이드 형태로 가공해 원심분리 공정을 통해 물질의 독성을 제거하고, 3D 프린팅이 가능하면서 전기전도성과 생체적합성을 갖춘 하이드로젤 잉크를 개발했다. 이 소재를 기반으로 심전도 측정과 근전도 측정 타투, 뇌 피질전도도 측정소자, 3D 뇌 탐침 측정소자를 개발해 기능성을 검증했다.

아울러, 낮은 전압으로 쥐의 좌골 신경을 자극하는 소자를 개발해 생체자극 소자로 활용 가능성을 확인했다. 복잡한 3D 회로를 필요한 분야에 맞춰 제작할 수 있어 조직 표면의 생체신호부터 조직 심부에 있는 뉴럴 인터페이스 제작도 가능하다고 연구팀은 설명했다.

스티브 박 KAIST 교수는 "오랜 시간과 복잡한 형태의 후처리 과정 없이3D 프린팅을 통해 전도성과 생체적합성을 가진 생체전자소자를 만들 수 있어 환자 맞춤형 바이오 전자소자와 다양한 3D 회로 등에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(지난달 11일자)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr