KAIST, '생체전자소자 쉽게 제작' 전도성 고분자 전극소재 개발

"피부 모니터링부터 뇌 깊은 곳 해석까지 가능"

3D 프린팅 기술을 이용한 전도성 고분자 물질 기반 전극 패터닝 [KAIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 정찬욱 기자 = 한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 생체조직 접촉 손상을 최소화하고 3D 마이크로니들 구조로 조직표면부터 심부까지 측정할 수 있는 전도성 하이드로젤 소재를 개발했다.

KAIST는 신소재공학과 스티브 박 교수와 바이오및뇌공학과 박성준 교수 공동연구팀이 3D 프린팅으로 다양한 형태의 생체전자소자를 쉽고 빠르게 제작할 수 있는 전도성 고분자 기반 전극 물질을 개발했다고 7일 밝혔다.

생체전자소자는 심박수를 실시간 측정할 수 있는 스마트 워치, 심장 박동수를 조절하는 페이스메이커 등 생체신호를 지속적으로 측정해 다양한 병을 진단하거나 치료할 수 있는 전자소자다.

연구팀이 개발한 기술은 기존 2D 전극 패터닝으로 접근하기 어려웠던 한계를 극복해 원하는 위치 및 3D 마이크로니들 구조로 깊은 영역의 뇌 신경세포까지 자극·측정할 수 있어 정확하게 해석할 수 있다.

피부에 부착하는 헬스케어 모니터링 소자부터 생체 삽입형 소자까지 광범위하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 전도성 고분자를 나노미터 크기의 콜로이드 형태로 가공해 유화 작용을 유도, 잉크의 유변학적 특징을 개선하고 생체적합성에 악영향을 미치는 독성 물질을 원심분리 공정을 통해 제거해 3D 프린팅이 가능하면서 후처리 공정이 필요 없는 고전도성 하이드로젤 잉크를 개발했다.

기존 생체전자소자에 사용됐던 금속 물질은 단단한 물성으로 연약한 생체조직에 상처를 입힐 수 있다는 문제점이 있었다.

이를 보완하기 위해 개발된 전도성 하이드로젤 소재는 낮은 전기전도성뿐 아니라 소자 제작 후 24시간 이상의 독성 제거 공정을 진행해야 했다.

또 2D 구조의 전극 패터닝만 가능하다는 한계점 때문에 다양한 형태의 소자 제작이 어려웠다.

이 재료는 기존보다 약 1.5배(286 S/cm)의 전기전도도를 갖고, 고해상도 패터닝(~50μm), 전방위 3D 전극 패터닝이 가능하다는 장점을 가진다.

또 생체조직과 비슷한 물성(영계수 750kPa)으로 생체조직 접촉 시 손상을 최소화할 수 있다.

스티브 박 교수는 "기존 3D 프린팅의 단점도 해결해 향후 환자 맞춤형 바이오 전자소자 및 다양한 3D 회로 응용 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다ˮ고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 실렸다.

jchu2000@yna.co.kr

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