▲ 생체삽입형 유연 전자소자용 신축성 반도체 및 논리회로 (사진=한국연구재단 제공)

 

[mdtoday=김미경 기자] 체내 삽입이 가능한 생체친화적 신축성 반도체가 개발됐다.

한국연구재단은 경희대학교 오진영 교수 연구팀과 성균관대학교 방석호 교수 연구팀이 의료용 고무와 유기 고분자 반도체 나노섬유를 가황 공정으로 융합해, 생체친화적 신축성 반도체와 임플란트형 유기 전계효과 트랜지스터를 개발했다고 3일 밝혔다. 

개발된 트랜지스터는 50% 인장 변형과 체액 침적 환경에서도 안정적으로 구동됐으며, 생쥐 피하 이식 실험에서도 주요 염증 지표 변화 없이 조직 적합성을 확인했다.

기존 인체 삽입형 전자기기는 단단한 실리콘 반도체와 무기물 전자재료를 기반으로 제작돼, 피부·근육 조직과의 기계적 불일치로 인한 섬유화 문제가 지속해서 보고됐다.

산업용 신축성 전자 소재 역시 장기 체내 안전성이 충분히 입증되지 않아 상용화에 한계가 있었다.

이번 연구에서 개발된 반도체는 의료용 등급 탄성체를 적용해 국제 기준의 생체적합성을 충족하고, 체내 조직과의 기계적 불일치를 최소화했다. 또한 은-금 이중 금속 전극을 도입해 체액 환경에서 부식 없이 안정 동작이 가능하게 했다.

연구팀은 해당 반도체를 기반으로 트랜지스터를 제작하고, 전자기기의 기본 구성 요소인 논리회로와 능동 매트릭스 어레이를 구현했으며, 37℃ 체액 환경에서의 안정성도 입증했다.

체외 세포 실험에서는 사람 진피섬유아세포의 생존율·이동성·유전자 발현과 대식세포의 염증반응에 부정적 영향이 없음을 확인했다.

체내 동물 실험에서 생쥐 피하 이식 30일 후에도 염증, 조직 손상, 과도한 섬유막 현상이 나타나지 않았고, 삽입된 소자의 성능도 유지됐다.

오진영 교수는 “이번 연구는 반도체 소자의 신축성과 생체안정성을 동시에 확보함으로써, 장기 체내 전자기기 상용화를 앞당길 결정적 전환점”이라며 “현재의 진단·치료용 생체 삽입형 전자기기를 넘어, 스마트폰 이후 차세대 전자기기 폼팩터로 발전할 잠재력이 크다”고 말했다.

한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우수 신진 연구 사업, 대학 중점 연구소 지원 사업, 선도연구센터사업 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’에 9월 2일 게재됐다.

 

메디컬투데이 김미경 기자([email protected])

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