아주대·한국산업기술대 '전자 피부' 구현… 헬스케어 활용 기대

아주대학교와 한국산업기술대학교가 누에고치에서 추출한 실크 단백질을 활용, 실제 피부와 비슷한 ‘전자 피부’를 구현하는 데 성공했다.

 

아주대 김성환(물리학과), 박지용(에너지시스템학과) 교수와 한국산업기술대 민경택(나노광공학과) 교수는 실제 피부처럼 역학적 변형이 가능하고 수분도 머금을 수 있는 실크 단백질 기반 전자 소자를 개발했다고 4일 밝혔다.

 

이번 연구 성과는 나노과학기술 분야 저명 학술지인 ‘ACS 나노’에 ‘생체조직과 유사한 단백질 기반 전자 피부(Protein-Based Elctronic Skin Akin to Biological Tissues)’라는 제목으로 온라인 게재됐다.

 

그간 전자 피부 연구는 생체 조직과의 접합력이나 적합성, 수분 투습성 등에서 한계를 보였다. 기존 전자 피부가 주로 고무나 PDMS(폴리디메틸실록산)와 같이 탄성을 지닌 합성 고분자 기판을 활용해 만들어져 생체 조직과의 인터페이스를 만드는 데 어려움이 있어서다.

 

합성 고분자 기판은 실제 인체에 부착했을 때 이질감을 느끼기 쉽고, 특수한 화학 처리 없이 생체 조직에 잘 접합되지 않는 특징이 있다. 또 산소와 수분 토과도가 낮아 오랜 시간 인체에 부착하는 경우 땀이 차거나 염증을 일으킬 가능성도 있다.

 

이에 아주대와 한국산업기술대 연구팀은 생체 조직을 구성하는 성분 중 하나인 단백질, 특히 자연에서 구할 수 있는 실크 단백질에 주목해 누에고치를 활용하게 됐다. 연구팀은 실크 단백질의 높은 인장력과 탄성을 더욱 개선하기 위해 칼슘 이온과 글리세롤을 도입해 투명하고 탄력적인 수화젤 필름을 구현했다.

 

이렇게 구현된 투명 실크 필름은 피부와 접합력이 매우 높았고, 실제 피부에 부착한 상태에서 피부의 역학적 변형에 따라 동일하게 변형됐다. 더불어 실제 생체 조직과 같이 많은 수분을 머금을 수도, 확산을 통해 수분이 투과될 수도 있음을 확인했다.

 

아울러 연구팀은 나노와이어 전극을 집적해 전류가 흐를 수 있는 전자 회로를 구현했다. 이 전자 회로에는 LED나 RF안테나 같은 다양한 전자 소자의 집적이 가능하다.

 

이번에 개발된 소재 기술은 앞으로 다양한 헬스케어 소자에 적용될 수 있을 것으로 기대되는 상황이다.

 

아주대 김성환 교수는 “이번에 개발한 실크 기판에서 도파민 수용액의 도파민과 물이 기판을 투과, 전극에 반응하는 것을 확인했다”며 “전자 피부 연구가 유연 전자 소자 집적에 있어 많은 진전을 이뤄왔지만 생체 적합성, 생체 조직과의 인터페이스 문제는 상대적으로 간과되어 왔다. 이번 연구는 생체 조직과 전자 소자 사이의 물성 차를 극복해낼 수 있다는 점에서 의의가 있다”고 말했다.

이연우기자