“레고처럼 분해하고 재조립” 자가치유까지…웨어러블 ‘전자피부’ 등장

- 성균관대 손동희·박진홍 교수팀
- 맞춤형 바이오 전자회로 개발

이번 연구를 수행한 박진홍(왼족), 손동희 교수.[성균관대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 원하는 대로 기능을 바꾸고 회로를 재배치할 수 있는 조립형 자가치유 반도체 기술을 개발했다.

한국연구재단은 성균관대학교 손동희·박진홍 교수 공동연구를 통해 별도의 납땜이나 접합 과정 없이 단면을 붙이기만 하면 레고처럼 조립되는 신축성 자가치유 반도체를 활용한 맞춤형 바이오 전자회로를 개발했다고 밝혔다.

몸에 착용하거나 체내에 삽입하는 웨어러블 및 임플랜터블 기술이 점점 발전하면서 전자소자 역시 유연하고 회복력 있는 전자피부 형태로 진화하고 있다.

하지만 기존 전자피부는 한 번 설계한 기능과 모양을 바꾸기 어려워 사용자의 신체 부위나 생리 조건에 따른 개인 맞춤형 시스템 구현에 한계가 있다.

또한 신체의 움직임에 따라 늘어나고 구부러지거나 찢어지는 등의 손상에 취약해 채내외에서 장기간 안정적으로 작동할 수 있는 전자소자 개발이 필요하다.

연구팀은 먼저 반도체 트랜지스터를 이루는 모든 구조에 자가치유 고분자를 적용해 손상 후 성능을 회복할 수 있도록 했다.

트랜지스터를 구성하는 전극과 반도체는 신축성 고분자를 기반으로 한 탄소나노튜브와 유기반도체를 혼합해 제작하고, 절연막은 자가치유 고분자를 박막형태로 코팅해 구현했다.

자가치유 트랜지스터가 수중 환경에서도 동작이 가능한 것을 확인한 후, 생체적합성 검사를 거쳐 체내에 일주일간 이식했을 때 전기적 성능을 유지함을 동물 실험을 통해 검증했다.

신축성 자가치유 전자회로의 웨어러블 및 임플랜터블 시스템 적용.[성균관대학교 제공]

이렇게 개발한 트랜지스터는 자가치유가 가능한 특성을 활용, 분해하고 새롭게 이어 붙여 조립하는 모듈형 회로설계에 적용됐다.

논리 회로의 연산을 바꾸고 기계적 변형이 가해져도 동작 가능함을 실험으로 검증한 연구팀은 해당 모듈로 만지면 시각적 상호작용을 하는 웨어러블 전자피부 시스템을 시연했다.

손동희 교수는 “자가치유 가능한 신축성 가변형 전자회로 및 모듈 기술은 향후 뇌-신경 치료 기기, 체내 삽입형 센서, 스마트 인공피부 등 헬스케어 및 바이오전자 분야에 적용될 수 있다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오·의료기술개발사업 및 우수신진연구사업 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 5월 19일 온라인 게재됐다.