이현주 KAIST 교수 "체내이식형 전자소자 적용"

(a)실크접착제를 이용한 하이드로젤 패치 구조. (b-c)외부 변형에 고접착으로 생체피부에 붙어있는 패치. (d)다양한 기판위의 실크접착제의 접합력. (e-f)물에 쉽게 분해되는 실크접착제의 사진과 접합력.<사진=KAIST 제공>
(a)실크접착제를 이용한 하이드로젤 패치 구조. (b-c)외부 변형에 고접착으로 생체피부에 붙어있는 패치. (d)다양한 기판위의 실크접착제의 접합력. (e-f)물에 쉽게 분해되는 실크접착제의 사진과 접합력.<사진=KAIST 제공>
국내 연구팀이 생체 친화적인 전도성 실크 접착제를 개발했다.

KAIST(총장 신성철)는 이현주 전기및전자공학부 교수 연구팀이 생체 친화적 실크 고분자를 이용해 생체적합 전도성 접착제를 개발, 이를 통해 인간 피부에 잘 부착되는 경피형 전자소자를 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀이 개발한 실크 전도성 접착제 필름은 생체 친화적 실크 고분자에 금속이온을 도입해 접착성을 갖도록 만든 기술이다. 접착성이 높은 경피형 전자소자의 구현이 가능해 장기간 모니터링과 약물 투여가 필요한 환자에게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

최근 생체 친화성 실크 고분자는 구조의 변형과 생분해성이 가능해 유연기판·희생층으로 적용하는 사례가 늘어나고 있다. 연구팀은 지난 2년간의 연구로 칼슘금속이온에 의한 실크 고분자의 접착 특성을 발견했다. 

연구팀은 이를 이용해 인간의 피부에 고접착으로 붙어 장기간 모니터링하고 재사용이 가능한 경피형 전자소자를 개발하기 위한 연구를 지속했다. 그 결과 기존 실크 고분자 한계와 제한을 극복하기 위해 칼슘이온을 도입을 통해 생체 적합하고 고접착력을 갖는 실크 접착제를 개발했다.

실크 고분자에 도입된 칼슘이온은 물을 흡수하는 능력과 고분자를 결합해주는 능력을 갖고 있어 단단한 실크 고분자에 점탄성 특성을 부여해준다. 강한 점탄성 특성을 갖는 실크 고분자는 인체 피부와 다양한 고분자 기판의 계면에서 물리적으로 결합해 강한 접착 특성을 갖는다.

고접착 특성과 더불어 실크 고분자의 칼슘이온은 실크 접착제가 이온전도성을 갖게 도와주며, 원래의 실크 고분자가 갖고 있는 생분해 특성에 의해 특정 조건에서 쉽게 접착력이 사라지는 특성을 보인다.

연구팀은 이런 특성을 통해 실크접착제를 경피형 전자소자와 인체 피부 사이에 삽입해 고접착을 가지는 유연성 캐패시터 터치센서를 제작하고 장기간 부착이 가능하고 쉽게 탈부착·재사용할 수 있는 터치센서를 개발했다.

또 인체 장기의 조직 중 신축성이 강한 방광 조직에 고접착성을 가지는 변형센서를 집적해 방광 조직의 변형률에 따른 저항변화를 이용한 변형정도를 확인했다.

이현주 교수는 "생체 친화적인 실크 고분자를 이용해 재사용이 가능하며 쉽게 생분해가 되는 고접착 접착제를 개발했다는 점에서 실크 물질에 대한 새로운 가능성을 제시했다"라며 "바이오공학 분야에서 경피형과 체내이식형 전자소자에 적용할 수 있고 장기간 모니터링, 약물전달 시스템을 구현할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 서지원 박사, 김효중 박사과정이 주도하고 생명화학공학과 최시영 교수, 김기한 박사가 참여했다. 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 5일자 표지논문으로 게재됐다.

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