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살아있는 곤충에 스티커 전자회로…'스마트 스킨' 성큼

(서울=뉴스1) 김현아 기자 | 2014-05-11 02:59 송고



나뭇잎과 곤충에 부착된 센서(미래창조과학부 제공). © News1



피부에 붙여 체온, 심장박동수 등 인체 반응을 감지하는 '스마트 스킨'이 현실에 더 가까워졌다.


11일 미래창조과학부에 따르면 박장웅 울산과기대 신소재공학부 교수, 변영재 전기전자컴퓨터공학부 교수, 이창영 화학공학부 교수 등 연구팀이 살아있는 곤충이나 나뭇잎 등 다양한 생체표면에 부착 가능한 고성능 전자회로를 개발했다. 이번 연구는 미래부가 추진하는 중견연구자지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다.


연구팀은 살아있는 곤충에 자체개발한 스티커 형태의 센서를 붙여 전원과 감지신호를 무선으로 송·수신해 유독가스를 감지하는 전자회로를 구현했다.


나노 크기의 탄소소재는 비표면적이 크고 생체 표면에 잘 달라붙어 기존 반도체, 전극소재보다 유연성이 뛰어나다. 이를 통해 제작된 센서는 부드럽게 휘어지며 반복해서 구부려도 전기적 특성을 유지한다. 또 나뭇잎, 곤충 표피 등에 붙여도 생물체에 영향을 미치지 않는다.


연구팀은 먼저 탄소나노튜브와 흑연을 열화학기상증착법을 통해 합성하는 기술을 바탕으로 탄소로만 구성된 전자 소자를 제작했다. 탄소 기반 전자소자는 전기적 특성이 뛰어나고 기계적 강도가 높아 휘어지는 전자소자로 구현할 수 있다. 탄소나노튜브의 경우 가스 분자에 대한 흡착성이 좋고 흡착된 가스 분자에 의해 전기적 특성이 변하는 성질이 있어 가스 센서로 응용하는 연구가 진행돼 왔다.


연구팀은 플라스틱 필름에 부착해 휘어지는 정도에 따라 탄소나노튜브의 전기적 특성과 가스 반응성을 조사한 결과 100마이크로미터 반경으로 휘어지고 1만번 휘어져도 전기적 특성이 지속된다는 사실을 확인했다. 이를 바탕으로 나뭇잎과 곤충 표피에 전자소자를 부착해 전자회로가 동작함을 확인했다.


또 탄소나노튜브를 통해 독성가스인 사린과 유사한 구조의 DMMP를 감지했다. DMMP 농도가 변화함에 따라 탄소나노튜브의 전기적 특성이 선형적으로 변화하는 것으로 조사됐다.


연구팀은 이번에 개발한 전자회로의 실용화를 위해 살아있는 곤충의 표피에 안테나를 탑재한 무선 플랫폼을 적용, 무선으로 DMMP 농도를 측정하는 데에 성공했다.


이 기술을 활용하면 스마트폰으로 온도, 습도 등을 실시간으로 확인할 수 있다. 또 방사능 오염 재난지역, 테러 현장 등에 있는 곤충이나 나뭇잎을 이용해 사람이 직접 측정하기 어려운 정보를 감지할 수 있다. 또 인간의 피부에 부착해 생체 활동을 감지하는 바이오 센서로 발전시키거나 압력 센서, 온도 센서 등을 탑재해 스마트 스킨으로 만드는 것도 가능하다.


박 교수는 "인간의 피부에 부착해 이질감이 없는 2차원 형태의 바이오센서를 개발하거나 동·식물에 부착해 인간이 접근하기 힘든 환경의 상태를 파악하는 센서, 입을 수 있는 전자소자로 응용할 수 있다"고 밝혔다.


이번 연구 결과는 나노분야 국제학술지 나노레터스 5월8일자 온라인판에 게재됐다.




hyun@news1.kr