한국연구재단은 광주과학기술원(GIST) 윤명한·이광희 교수 연구팀이 고온 고압의 멸균 처리 후에도 체내에서 장시간 안정적으로 작동하는 고성능 플라스틱 전해질 전자 소자 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.
체내 생체 신호 및 이온 단백질 농도 측정, 신경 세포와 심근 세포의 자극 등에 응용되는 유기 생체 전자 소자는 차세대 인체 이식용 전자 의료 기기의 핵심 기술로 주목받고 있다. 구글과 글로벌 제약사 GSK의 합작 회사 갈바니 바이오일렉트로닉스도 기술 상용화에 착수한 바 있다.
하지만 유기 생체 전자 소자는 인체 내 장기간 사용을 위해 필요한 체내 구동 안정성 미흡, 고온 고압 멸균 처리 중 발생하는 변성이 약점으로 지적돼 왔다.
이에 연구팀은 계면활성제와 가교제 등 첨가제를 추가하는 기존의 개선 방식 대신 근본적인 재료 공학적 접근법을 통해 높은 성능과 안정성을 확보하는 연구를 진행해왔다.
연구팀은 유기 생체 전자 소자의 대표 물질인 전도성 고분자(PEDOT: PSS)의 미세 구조를 분석해 활성층 고분자 물질의 고결정성 분자 재배열 유도만으로 안정성이 극대화될 수 있다는 사실을 규명했다.
연구팀은 이 같은 고결정성 고분자의 안정성에 따라 고온 고압의 멸균 처리 이후에도 성능과 안정성을 유지할 수 있다는 점을 확인했다.
연구팀은 유기 생체 전자 분야 연구가 미국 및 유럽 등 몇몇 나라에서만 이뤄지는 상황에서 이번 연구를 통해 한국에서도 관련 연구가 활발해질 뿐만 아니라 실시간 생분자 탐지, 부정맥 탐지 등 의료용 기기에 활용해 빠른 상용화를 이끌어낼 수 있을 것으로 기대했다.
윤명한 교수는 "생체 전자 소자 개발을 위해 필수적인 전도성 고분자 물질의 성능 향상과 용액 안정성을 비교적 간단한 용역 매개 결정 화법을 통해 확보한 것"이라며 "향후 생체 전자 소자 상용화와 사물 인터넷(IoT) 기반의 유연 광센서 등의 개발에도 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 기초연구사업, 미래소재디스커버리사업, 나노·소재원천기술개발사업 지원으로 수행됐으며 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 9월 21일자 논문으로 게재됐다.
