체온에 반응해 센서 등에 활용도 높은 전자잉크 개발

KAIST 정재웅·스티브박 교수 공동 성과
온도에 따라 강성을 변화시킬 수 있어 재사용 가능

전자잉크의 제작과정 및 3D 직접쓰기 프린팅 기법. [사진=KAIST]

KAIST(총장 이광형)는 정재웅 전기및전자공학부 교수 연구팀이 스티브 박 신소재공학과 교수 연구팀과 공동연구로 체온에 따라 부드럽게 변하는 전자잉크를 개발했다고 6일 밝혔다.

개발된 전자잉크는 작은 노즐을 통해 직접 쓸 수 있으며 고해상도 프린팅이 가능하고 체온에 의해 부드러워져 인체 친화적인 바이오 전자소자 구현을 가능케 한다.

딱딱한 형태의 기존 의료기기는 피부 부착 시 불편함을 야기하거나 조직 삽입 시 염증을 유발할 수 있다. 반면, 피부처럼 부드러운 기기는 우리 몸의 일부처럼 이질감 없이 사용될 수 있다. 하지만 부드러운 특성으로 인해 정교한 조작이 어렵다.

이에 연구팀은 상온에서는 단단해 정교한 조작이 가능하면서도 피부에 부착된 후에는 부드럽게 변해 조직의 일부처럼 함께 움직일 수 있는 갈륨 기반 전자잉크를 개발했다. 갈륨은 녹는 점이 29.76℃로 체온보다 낮아 쉽게 고체와 액체 간의 상태 변화가 가능하고 높은 전기전도성과 무독성이라는 특징을 지녔다.

연구팀은 기존 갈륨의 높은 표면장력과 낮은 점도 문제를 해결해 고해상도 프린팅이 가능한 전자잉크를 구현했다. 
 

가변강성 무선광전자장치. [사진=KAIST]

개발된 잉크는 상용회로도선 정도의 딱딱한 상태와 피부조직처럼 부드러운 상태 간의 뛰어난 가변 강성률, 빠른 강성 변화, 높은 열전도율, 그리고 우수한 전기전도성을 가진다. 전자잉크는 3D프린팅을 활용해 사용자 맞춤형 전자소자 제작도 가능하다고 연구팀은 설명했다. 특히 사용 후 인체에서 제거했을 때에는 다시 딱딱한 형태로 변형될 수 있어 재사용 또한 용이하다.

연구팀은 이 기술을 통해 초박막 광 혈류측정 전자 피부센서와 무선 광전자 임플란트 장치를 제작하기도 했다. 이 기기들은 상온에서는 단단해 다루기 쉽고 체온에 노출되면 부드럽게 변해 피부나 조직에 적용 시 신체 일부처럼 안정적으로 동작했다.

 

정재웅 교수는 "체온에 반응해 강성을 변환할 수 있고 고해상도 프린팅이 가능한 전자잉크는 기계적 특성 변환을 필요로 하는 다목적 전자기기, 센서, 로봇 기술뿐만 아니라 의료 기기 분야에서 고정된 형태를 갖는 기존 전자기기의 한계를 극복해 다양한 새로운 가능성을 열 수 있을 것ˮ이라고 말했다.

이번 연구는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난 2월 28일 게재됐다.

[참고자료]
논문명 : Body-temperature Softening Electronic Ink for Additive Manufacturing of Transformative Bioelectronics via Direct Writing.

 

 

홍재화 기자 h951009@hellodd.com