고해상도 3D 프린팅 기법으로 제작가능
국내 연구진이 상온에서 딱딱해지고 피부에 부착하면 부드러워지는 전자잉크를 개발하는데 성공했다. 이 소재는 차세대 의료기기, 로보틱스 등 다양한 분야에서 활용 가능하다.
한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 정재웅 교수연구팀과 신소재공학과 스티브박 교수연구팀은 인체 친화적 액체금속 기반 전자잉크를 개발했다고 6일 밝혔다.
최근 부드러운 사람 피부에 부착해 건강 상태를 모니터링하고 질환을 치료하는 기술이 활발하게 연구되고 있다. 딱딱한 형태의 의료기기는 피부에 부착하면 불편하거나 염증을 일으킬 수 있지만 부드러운 의료기기는 피부에 부착해도 이질감없이 사용 가능하다. 다만 부드러운 재질은 정교한 핸들링이 어렵다는 단점이 있었다.
이에 연구팀은 상온에서 단단함으로 핸들링을 쉽게 하고, 부착이나 이식 후 체온에 따라 부드럽게 변하는 액체금속 갈륨 기반 전자잉크를 개발했다.
전자잉크의 핵심 소재가 금속인 갈륨인데도 불구하고 녹는 점이 29.76℃에 불과해 쉽게 고체와 액체간의 상태 변화가 가능하고 무독성에 전기전도성도 뛰어나다는 게 연구팀의설명이다. 또 기존 갈륨의 높은 표면장력과 낮은 점도 문제를 해결하고, 사용법도 작은 노즐로 직접 쓰는 방식이어서 고해상도 프린팅이 가능하다.
연구팀은 개발된 잉크가 가변 강성률, 강성 변화, 열전도율 그리고 전기전도성이 우수하다고 강조했다. 3D 프린팅으로 사용자 맞춤형 전자소자 제작도 가능하다.
연구팀은 이 기술을 통해 초박막 광 혈류측정 전자 피부센서와 무선 광전자 임플란트 장치도 제작했다. 이 기기들은 25℃ 상온에서는 딱딱해 다루기 쉬운 반면 36.7℃ 체온에 노출되면 부드러워져 피부나 조직에 스트레스를 주지 않고 안정적인 동작이 가능하다.
또 사용 후 인체에서 제거하면 다시 딱딱하게 바뀔 수 있어 재사용도 수월하다. 이같은 특성은 다양한 웨어러블 및 임플란터블 장치에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
정재웅 교수는 "체온에 반응해 강성을 변환할 수 있고 고해상도 프린팅이 가능한 전자잉크는 다목적 전자기기, 센서, 로봇 및 의료기기 분야에서 기존 전자기기의 한계를 극복해 다양한 가능성을 열 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 게재됐다.
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