우리 학교 신소재공학과 스티브박 교수와 전기및전자공학부 정재웅 교수 공동 연구팀이 지난달 4일 높은 전도성과 내구성을 가지는 액체금속 복합체를 이용해 헬스케어를 위한 전자문신 기술을 개발했다고 밝혔다. 특히 이번 연구는 박막 위에 전극을 증착하여 제작하는 기존의 전자문신과는 달리, 개발한 잉크를 이용해 즉석에서 장착 가능한 개인 맞춤형 전자문신이라는 점이 특징적이다. 
 

헬스케어와 전자문신 기술

 전자문신 기술은 헬스케어 산업에 대한 관심이 증가하며 새롭게 주목받고 있는 분야이다. 신체의 가장 바깥쪽에 위치한 기관인 피부는 심박수, 심장 활동전위, 체온 등 다양한 건강정보를 파악할 수 있어 헬스케어에 유용하다. 하지만 일상생활 중에 병원에서 이용되는 의료기기를 피부에 착용하고 지내기는 어렵다. 전자문신은 피부에 부착하거나 이식하는 웨어러블 디바이스의 일종으로, 일상에서도 연속적인 모니터링을 통해 정확하게 건강 상태를 진단한다.

 그러나 기존의 전자문신들은 문신보다는 전자소자를 패터닝한 얇은 박막 형태에 가까웠다. 일률적인 공정을 통해 제작된 소자를 피부 위에 부착하는 방식을 사용했기 때문에 사용자의 요구를 즉석에서 반영하기 어려웠고, 기판의 존재로 인해 신축성과 통기성이 제한되었다. 연구팀은 전자문신 사용자의 개인적인 특성과 목적을 반영하기 위해서는 실제 문신처럼 원하는 부위에 원하는 형태로 전자문신을 그려낼 수 있어야 한다고 생각했다.

액체금속 복합체를 이용한 전자문신 

 연구팀은 액체금속 복합체가 장갑에 쉽게 달라붙는 현상에 주목했다. 갈륨은 전도성과 생친화성이 우수하고 녹는점이 낮아 현탁액으로 만들기 용이했다. 하지만 갈륨 기반의 액체금속을 이용하려면 산화막이 형성되며 전기전도성을 잃어버리는 문제를 해결해야 했다. 이를 위해 연구팀은 표면이 백금으로 기능화된 탄소나노튜브와 갈륨 기반의 액체금속을 함께 현탁액으로 만들었다. 탄소나노튜브는 표면에 화학적 결합기가 많아 땀에서 바이오마커를 검출할 수 있는 항체를 부착하기 용이하다. 백금은 액체금속과 친화성이 높은 물질로, 현탁액이 전기전도성을 띠게 한다. 연구팀은 이렇게 만들어진 현탁액을 매우 빠르게 진동하는 금속 팁으로 분쇄하여 전자문신에 사용할 잉크를 제작했다. 잉크의 용매로는 에탄올을 이용했다. 에탄올은 입자 간 전기적 반발력이 낮고, 휘발성이 높아 피부에 빠르게 증착된다.

 개발된 잉크로 그려낸 전자문신은 원하는 부위에 자유롭게 장착할 수 있다. 문신을 제거하고 싶다면 비누를 이용해 씻어내기만 하면 된다. 이번 연구를 통해 개발한 전자문신 기술은 기존의 전자문신에 요구되었던 심장전위 활동과 바이오마커 모니터링, 전기자극과 열자극도 가능하다. 또한 액체금속 복합체가 빛에 반응하여 열을 발생시킬 수 있다는 점을 이용해 물리치료에 사용할 수 있는 빛-열 전환 패치 제작에도 성공했다.

액체금속 전자문신 기술의 방향성

 이번 연구에서 개발한 액체금속 전자문신은 웨어러블 헬스케어 분야에 다양하게 이용될 것으로 기대된다. 액체금속 입자의 한계를 극복하고 다양한 적용 가능성을 보여준 것이다. 탄소 기반 전극을 이용한 향상된 소자 제작에도 새로운 방향성을 제시했다. 연구팀은 현재 액체금속의 공정 문제를 해결하여 안정성이 매우 높은 액체금속 전극을 개발하는 일에 집중하고 있다고 밝혔다.

 마지막으로 연구팀의 이건희 박사과정은 두 교수와 공동연구팀에 감사함을 전하며, “과학적 글쓰기에 뛰어나신 교수님들께 배울 수 있어 행운”이라고 덧붙였다. 더불어 “연구라는 것은 결국 사람들이 필요로 하지만 해결하기 어려운 문제를 과학의 언어로 제시하고 풀어가는 과정이라고 생각한다”며, 많은 사람이 공감하는 문제를 제시하고 있는 영화나 책 등을 접하는 과정이 좋은 연구에 도움이 될 것이라고 전했다.