국내 연구진이 낮은 전력으로도 정확하고 안정적으로 구동 가능한 정밀 전자 피부를 개발하는데 성공했다. 기존 반도체 기반 전자 피부의 약점을 보완한 것으로, 앞으로 생체신호 전반을 실시간으로 모니터링할 수 있는 첨단 바이오 기술에 널리 활용될 전망이다.

아주대학교(총장 최기주)는 아주대와 서울대·미국 퍼듀대 공동 연구팀이 새로운 유기물 전기화학 트랜지스터(OECT) 구조를 통해 기존 p-형 반도체 기반 전자 피부(e-skin)의 약점을 보완한 n-형 반도체 기반의 고정밀 전자피부를 개발했다고 5일 밝혔다.

이번 연구는 ‘피부 밀착 심전도 모니터링을 위한 멸균 안정성을 가진 수직구조 n-형 유기물 전기화학 트랜지스터’라는 제목으로 글로벌 저명 학술지 ‘재료과학 및 공학 보고(Materials Science and Engineering: R: Reports)’에 7월 게재됐다.

아주대 대학원 지능형반도체공학과 박사과정의 이인호 학생, 서울대 신소재공동연구소 김지환 박사와 미국 퍼듀대(Purdue University) 이원준 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 박성준 아주대 전자공학과·지능형반도체공학과 교수와 강기훈 서울대 재료공학부 교수, 지엔궈 메이(Jianguo Mei) 미국 퍼듀대 화학과 교수는 교신저자로 참여했다.

전자 피부(e-skin)는 유연성과 기능성을 동시에 가져, 피부에의 밀착이 가능하면서도 생체신호를 정밀하게 측정할 수 있는 장치다. 이에 최근 외과적인 처치 없이 심박수와 체온 등 생체신호를 실시간 모니터링할 수 있는 비침습적 센서 플랫폼으로 주목받고 있다. 특히 유기 반도체 물질 기반의 유기물 전기화학 트랜지스터(OECT)는 피부 표면에서 일어나는 미세한 생체신호인 이온농도 변화를 전기 신호로 변환·증폭할 수 있어, 단순 전극 기반의 전위차 측정 방식에 비해 더욱 정확하고 민감하게 이온 농도 변화를 측정할 수 있다. 이에 유기물 전기화학 트랜지스터(OECT)를 활용하면 생체리듬의 보다 정밀하고 안정적인 분석이 가능하다.

연구를 주도한 아주대 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과)는 “연구팀이 개발한 새로운 구조의 유기물 전기화학 트랜지스터를 활용해 n-형 반도체 소자의 구동 안정성을 세계 최고 수준으로 끌어올렸다”며 “높은 정밀도와 안정성을 가진 비침습적 피부 인터페이스 건강 모니터링 기술에 진전을 이뤘다는 점에 큰 의의가 있다”고 설명했다.

박 교수는 이어 “이를 기반으로 그동안 p-형 반도체에만 집중되었던 소재 개발 연구 및 시장이 n-형 반도체로도 확장되는 계기가 될 것”이라며 “실시간 건강 모니터링과 원격 생체신호 분석·진단 정확도 향상을 통해 다양한 분야에서 사람들의 삶의 질을 높이는데 기여할 것으로 기대한다”라고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 나노·소재기술개발사업, 신진연구지원사업, 신진연구자 인프라 사업의 지원을 받아 수행됐다. 또 국가과학기술연구회의 융합연구단사업, 정보통신기획평가원의 연구지원사업, 한국산업기술진흥원의 교육훈련사업, 한국연구재단의 기초연구실사업, 한국산업기술기획평가원의 시장주도형 K-센서 기술 개발사업의 지원도 받았다.