입력 2025.06.25 10:04
- 실크 단백질 기반 초극박 피부 밀착형 생체전자 플랫폼 구현
- 심전도 감지부터 광열치료, 에너지 생성, 슈퍼커패시터 기능까지...
한양대학교 공과대학 전기·생체공학부 바이오메디컬공학전공 최창순 교수와 김성환 교수 공동연구팀이 피부에 밀착되어 다양한 생리 신호 감지와 에너지 소자 기능을 구현할 수 있는 ‘다기능 초박막 전자타투(Electronic Tattoo, E-타투)’를 개발했다고 밝혔다.
공동 연구팀은 기존 전자소자 연구에서 과제로 남아 있던 ‘피부 친화성과 굴곡 대응성’을 동시에 충족시키는 데 성공했다. 특히 하이드로겔 기반 소자의 경우 얇아질수록 기계적 강도가 약해져 일상생활에서 사용이 어렵다는 한계를 극복했다는 점에서 주목된다.
이번에 개발된 전자타투는 수백 나노미터(nm) 두께의 실크 단백질 하이드로겔과 고전도성 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT) 나노시트를 결합한 구조로, 머리카락 굵기의 100분의 1에 불과할 만큼 얇지만 기계적 강도가 뛰어나다. 덕분에 피부의 다양한 움직임에도 안정적으로 부착되며, 촉촉하게 만든 피부에 붙이고 말리는 간단한 방식으로도 부착이 가능하다.
해당 전자타투는 ▲심전도(ECG) 측정 ▲광열 치료용 패치 ▲마찰전기 기반 나노발전기(TENG) ▲피부 부착형 슈퍼커패시터 등 다양한 기능을 구현할 수 있다. 특히 기존 젤 기반 상용 전극 대비 향상된 심전도 감지 성능을 보였으며, 광 흡수 및 열전달 특성이 우수해 피부 온열 치료 시술에도 활용될 수 있다. 또한 마찰전기 효과를 통해 외부 전력 공급 없이 손가락 터치만으로 전력을 자가 생성할 수 있고, 97% 이상의 에너지 저장 성능을 유지해 웨어러블 전자기기의 독립적 에너지원으로서도 높은 가능성을 입증했다.
김성환 교수는 “이번 연구는 생체 친화적인 단백질 소재와 고성능 전자 기술의 융합을 통해 피부에 자연스럽게 부착되는 전자기기를 구현한 혁신적인 사례”라며, “웨어러블 헬스케어를 비롯해 인체-기계 인터페이스, 자가 에너지 기반의 차세대 전자기기 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 ‘차세대 유망 패스트트랙 기술실용화 사업’ 및 ‘글로벌 선도연구센터’의 지원을 받아 수행됐으며, 재료과학 및 나노전자기술 분야의 저명 국제학술지 『Small』에 6월 17일자로 게재됐다. 해당 논문 ‘μm-thick and water-taping protein electronic tattoos for multifunctional on-skin electronics’에는 이수훈 석사과정 연구원과 손원경 박사후연구원이 공동 제1저자로, 최창순 교수와 김성환 교수가 교신저자로 참여했다.
연구팀은 향후 생체 신호 모니터링, 의료 진단, 자가발전형 에너지 소자 등 차세대 웨어러블 전자기술 분야로의 응용 확대를 목표로 연구를 지속해 나갈 예정이다.