빗물·바닷물에서도 끄떡없는 '투명 전자막' 세계 첫 개발[과학을읽다]

연세대, 생체 신호 측정·광학 이미징 동시 구현…수중 웨어러블 시대 연다
'네이처 커뮤니케이션즈' 게재…뇌질환 연구·이식형 의료기기 활용 기대

비를 맞거나 땀을 흘리고 심지어 바닷물에 들어가도 성능이 떨어지지 않는 투명 전도성 나노막이 세계 최초로 개발됐다. 피부에 붙이거나 뇌에 이식한 상태에서도 생체 신호를 측정하면서 동시에 조직 내부를 실시간으로 관찰할 수 있어 차세대 웨어러블 의료기기와 뇌질환 연구에 새로운 길을 열 것으로 기대된다.

연세대학교는 전기전자공학부 유기준 교수 연구팀이 일본 이화학연구소(RIKEN), 도쿄대학교 연구진과 공동으로 수분 환경에서도 안정적으로 작동하는 투명 전도성 나노막(BIPIN)을 세계 최초로 개발했다고 30일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재 승인됐다.

투명 전도성 나노막(BIPIN)의 재료 구조와 피부 및 대뇌 피질 부착 개요. 연구팀 제공

물속에서도 생체 신호 정확하게 측정

생체 신호 측정과 광학 이미징을 동시에 수행하는 투명 전극은 차세대 의료기기의 핵심 기술로 꼽힌다. 하지만 기존 전극은 땀이나 체액, 빗물 등에 노출되면 부식되거나 조직에서 떨어져 장기간 사용하기 어려웠다.

연구팀은 금속 나노망에 공액 고분자와 불소계 이오노머를 결합한 이상 퍼콜레이션 네트워크(BIPIN) 구조를 적용해 이러한 한계를 극복했다.

약 200나노미터(㎚) 두께의 초박막 전자막은 피부와 뇌 조직에 밀착된 상태에서도 수분과 이온의 침투를 효과적으로 차단해 높은 투명성과 전기전도도를 유지했다.

실험에서는 빗물과 바닷물, 체액은 물론 수영과 같은 수중 환경에서도 근전도 신호를 안정적으로 기록했으며, 뇌 조직에서는 광학 이미징과 전기생리 신호 측정을 서로 간섭 없이 동시에 수행하는 데 성공했다.

웨어러블·뇌질환 연구 활용 기대

연구팀 사진. 김현우 연세대 전기전자공학부 박사과정생(왼쪽), 유기준 교수. 연세대 제공.

연구팀은 이번 기술이 기존 투명 전극의 가장 큰 한계였던 수분 취약성과 광학 간섭 문제를 동시에 해결한 것이 가장 큰 성과라고 설명했다.

특히 피부 부착형 웨어러블 의료기기뿐 아니라 장기간 사용하는 이식형 신경 인터페이스, 뇌 신경망 연구, 고해상도 생체 이미징 등 다양한 바이오·의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대했다.

유 교수는 "이번 연구는 수분 환경에서도 안정적인 전기생리 신호 측정과 광학 이미징을 동시에 구현할 수 있는 새로운 생체 광전자 플랫폼을 제시한 것"이라며 "웨어러블 바이오전자기기와 만성 이식형 신경장치 등 차세대 의료기기 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr