웨어러블컴퓨터?…소재는 '한국'이 잡는다(03.31)

IBS 나노입자연구단, 피부 부착형 나노소자 개발

'파킨슨병' 등 운동장애 진단 넘어 치료까지 가능

▲ 피부에 부착해 건강 진단과 치료가 가능한 최첨단 웨어러블 전자소자가 개발됐다. 피부 신축성과 유사한 25% 늘어나는 성질을 

갖고 있으며, 차세대 메모리로 각광받고 있는 비휘발성 저항메모리 어레이(왼쪽)와 실리콘 기반의 변형 센서(오른쪽)가 구성됐다.

 메모리 소자내에 균일한 금 (Au) 나노입자가 랭뮤어-블로젯 (Langmuir-Blodgett) 자가조립 통해 구성되어 있어서 웨어러블 전

자소자의 전력 소모를 최소화 할 수 있다. 이는 차세대 웨어러블 시스템 연구개발과 신시장 창출을 위한 혁신적인 기술로 평가받고

있다. <사진=IBS 나노입자연구단> ⓒ 2014 HelloDD.com

차세대 스마트장비 일환으로 웨어러블컴퓨터에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 피부에 부착해 건강 상태 진단과 치료까지 가능한 첨단 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 "IBS 나노입자연구단 김대형 교수팀(서울대 화학생물공학부)이 나노 물질을 사용해 운동장애 질환을 진단하고 치료까지 가능한 웨어러블 전자시스템을 개발했다"고 31일 밝혔다.

이를 통해 파킨슨병과 같은 운동 장애 질환의 발병 여부를 상시 모니터링하여 측정 결과를 메모리에 저장할 수 있으며, 저장된 정보의 패턴 분석을 통해 이상 징후를 진단하고 필요시 약물을 투여해 치료까지 가능하다.

연구팀은 이와 함께 나노입자를 기존의 반도체 공정에 적용해 획기적으로 전력소모를 낮춘 저전력 디바이스를 구현하는데도 성공해, 웨어러블 전자시스템의 장기간 안정적 구현 능력도 확보했다.

연구팀은 보통의 전자소자에서 사용되는 딱딱한 기판(실리콘 웨이퍼 또는 유리기판) 대신 나노박막과 나노입자를 사용하고 기존의 반도체 기술을 변형시켜 활용함으로써 휘거나 늘일 수 있는 전자소자를 만들었다.

기판 위에 희생층·보호층을 먼저 코팅하고, 그 위에 산화물 및 금속 나노박막과 나노입자를 배열해 전자소자를 제작했다. 이어 희생층을 제거한 뒤 늘일 수 있는 패치에 전자소자를 전사·인쇄하는 방법을 구사했다.

나노물질의 전사·인쇄 방법은 합성된 고성능 전자 재료들을 구부릴 수 있는 성질의 기판에 옮기는 기술로, 간단하게 넓은 면적에 걸쳐 적용할 수 있는 장점이 있다.

이렇게 제작된 전자소자는 피부와 유사한 25%정도의 신축성을 갖는다. 이를 이용해 센서, 메모리 소자, 히터 등의 다양한 전자소자를 제작했고, 다양한 나노 입자를 주입해 약물전달 등의 치료까지 할 수 있는 '웨어러블 의료용 전자패치' 형태로 구현했다.

센서로 운동 장애의 패턴을 측정하고, 나노 박막·입자 메모리에 데이터를 저장해 질병징후를 진단한다. 전자히터는 나노입자에 들어있는 치료용 약물이 피부에 잘 투여될 수 있도록 한다.

무엇보다 나노물질을 이용하면서도 기존에 존재하는 반도체 공정을 활용해 생산할 수 있다는 점이 강점이다.  대량 생산이 가능한 만큼 향후 전자산업에 막대한 영향을 끼칠 것으로 기대되며, 질병의 치료와 진단을 위한 의료 산업분야에도 광범위하게 응용될 것으로 예상된다.

 

김대형 교수는 "이번 웨어러블 전자소자 개발 성과가 차세대 피부 부착형 헬스케어 전자 기기의 연구 개발을 선도하는 계기가 될 것"이라고 강조하고 "향후 스마트폰과 같은 모바일 기기와 연동해 활용될 경우 원격 진료 등 신시장 창출에 큰 기여를 할 수 있을 것"이라고 전망했다.

김 교수는 세계최고 권위의 'MIT테크놀로지 리뷰'가 선정한 '35세 이하의 세상을 바꿀 위대한 과학자 35인'에 선정된 인물이다. 서울대 교수로 임용된 지 2년 반 만에 순수 국내연구로 이번 연구결과를 내놨다.

현택환 IBS 나노입자연구단장은 "이번 성과는 미국 하버드나 MIT 같은 최고 대학의 조교수들도 이루기 힘든 뛰어난 성과"라고 평가하고 "다양한 반도체 공정이 요구돼 많은 최첨단 장비들이 필요함에도 3년도 안 되는 짧은 시간에 세계적인 성과를 낼 수 있었던 데에는 IBS를 통한 전폭적인 지원이 있었기 때문"이라고 말했다.

이 연구결과는 세계 최고 권위 학술지인 '네이처 나노테크놀로지'(Nature Nanotechnology)에 '운동 장애의 진단, 치료를 위한 다기능성 웨어러블 디바이스'(Multifunctional wearable devices for diagnosis and therapy of movement disorders)란 제목으로 3월 31일자에 게재됐다.

김대형 교수가 교신저자로, 손동희·이종하 IBS 나노입자연구단 연구원이 제1저자로 기록됐다.

▲ 이번 연구를 진행한 김대형 교수, 제1저자로 등록된 손동희, 이종하 IBS 나노입자연구단 연구원.(왼쪽부터) ⓒ 2014 HelloDD.com