□ 미래창조과학부(장관 최문기)와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(IBS, 원장 직무대행 신희섭)은「나노입자연구단」의 김대형 교수팀(서울대 화학생물공학부)이 나노 물질을 사용하여 운동 장애 질환을 진단하고 결과에 따라 치료까지 가능한 웨어러블 전자시스템을 개발했다고 밝혔다.
o 이를 통해 파킨슨병과 같은 운동 장애 질환의 발병 여부를 상시 모니터링하여 측정 결과를 메모리에 저장할 수 있으며, 저장된 정보의 패턴 분석을 통해 진단하고 필요시 피부에 약물을 투여하여 치료까지 가능하다.
o 또, 연구팀은 나노입자를 기존의 반도체 공정에 적용하여 획기적으로 전력소모를 낮춘 저전력 디바이스를 구현하는데 성공하여 웨어러블 전자시스템이 오랫동안 안정적으로 작동할 수 있게 하였다.
□ 이 연구결과는 세계 최고 권위 학술지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 31.17)에 3월 31일자로 게재되었다.
* (논문제목) 운동 장애의 진단, 치료를 위한 다기능성 웨어러블 디바이스(Multifunctional wearable devices for diagnosis and therapy of movement disorders)
* (제1저자) IBS 나노입자 연구단 손동희, 이종하 연구원(박사과정)
* (교신저자) IBS 나노입자 연구단 김대형 공동연구원(서울대 교수)
□ 연구팀은 보통의 전자소자에서 사용되는 딱딱한 기판(실리콘 웨이퍼 혹은 유리기판) 대신 나노박막과 나노입자를 사용하고 기존의 반도체 기술을 변형시켜 활용함으로써 휘거나 늘일 수 있는 전자소자를 제작할 수 있었다.
o 연구팀은 기판 위에 희생층, 보호층을 먼저 코팅하고, 그 위에 산화물 및 금속 나노박막과 나노입자를 배열하여 전자소자를 제작한 후 희생층을 제거한 뒤 늘일 수 있는 패치에 전자소자를 전사-인쇄하는 방법을 구사하였다.
o 나노물질의 전사-인쇄 방법은 합성된 고성능 전자 재료들을 구부릴 수 있는 성질의 기판에 옮기는 기술이며, 쉽고 간단하게 넓은 면적에 걸쳐 적용할 수 있는 장점이 있다.
o 이 방법으로 피부와 비슷하게 25%정도까지 늘어날 수 있는 센서, 메모리 소자, 히터 등의 다양한 전자소자를 제작하였고, 다양한 나노 입자를 주입하여 약물전달 등의 치료까지 할 수 있는 시스템을 개발하여 웨어러블 의료용 전자패치 형태로 구현하였다.
o 나노박막 센서로 운동 장애의 패턴을 측정하고, 나노 박막·입자 메모리에 저장 후 분석하여 질병징후를 진단하며, 전자히터는 나노입자에 들어있는 치료용 약물이 피부에 잘 투여될 수 있도록 한다.
□ 이번 연구성과는 나노물질을 이용하면서도 기존에 존재하는 반도체 기술의 변형을 통해 피부에 부착하는 고성능 웨어러블 전자 기기에 사용될 수 있는 기초 전자소자 개발 기술을 제시한다는 점에서 매우 큰 의미를 가진다.
o 또, 기존에 존재하던 반도체 공정 기술을 변형시켜 사용할 수 있기 때문에 대량 생산이 가능하여 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”이라며 “향후 스마트폰과 같은 모바일 기기와 연동하여 활용될 경우 원격 진료 등 신시장 창출에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다”고 소감을 밝혔다.
□ 한편, 김대형 교수는 세계최고 권위의 엠아이티 테크놀로지 리뷰(MIT Technology Review)에서 ‘35세 이하의 세상을 바꿀 위대한 과학자 35인’에 선정된 인물이다.
o 서울대학교 교수로 임용된 지 불과 2년 반 만에 순수 국내연구로 이번 연구결과를 세계 최고 저널에 발표하였다.
□ 현택환 나노입자 연구단장은 “이번 성과는 미국 하버드나 MIT 같은 최고 대학의 조교수들도 이루기 힘든 뛰어난 성과”라며 “다양한 반도체공정이 들어가서 많은 최첨단 장비들이 필요함에도 3년도 안 되는 짧은 시간에 세계적인 성과를 낼 수 있었던 데에는 IBS를 통한 전폭적인 지원이 있었기 때문”이라고 배경을 전했다.
[첨부] 연구결과 개요, 용어설명, 그림설명, 연구자 이력사항