연세대, 수분 환경서 작동 ‘투명 전도성 나노막’ 개발
김현우 연세대 전기전자공학부 박사과정생(왼쪽 사진), 유기준 교수.
연구팀은 빗물·바닷물·체액 등 다양한 수계 환경에서도 생체 신호 기록과 실시간 광학 이미징을 동시에 수행할 수 있는 투명 전도성 나노막(BIPIN)을 구현했다. 이 연구 성과는 국제학술지 『네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』에 게재 승인됐다.
생체 신호 기록과 광학 이미징을 동시에 수행하기 위한 투명 전극 기술은 꾸준히 연구돼 왔다. 그러나 기존 투명 신경 인터페이스는 수분 환경에서 부식되거나 기계적으로 박리돼 장기간 사용이 어려웠다. 보호층이나 젤을 적용하면 소자의 유연성과 생체 조직 밀착성이 낮아지는 문제가 있었다.
금속 나노와이어 기반 전극도 수분 환경에서 산화와 저항 증가가 발생해 신호 품질과 생체 적합성이 떨어지는 한계가 있었다. 이에 높은 전도성·투명성·유연성·수분 저항성을 동시에 갖춘 전극 기술이 필요했다.
연구팀은 금속 나노와이어 네트워크에 공액 고분자와 불소계 이오노머를 결합한 이상 퍼콜레이션 네트워크 기반 투명 나노막을 개발했다. 이 구조는 수분과 이온의 침투를 억제하고 계면 접착력을 높이는 방식으로 설계됐다.
실험에서는 수영 상황 등 수중 환경에서도 근전도 신호를 장기간 안정적으로 기록했다. 필로카르핀으로 유도한 국소장전위(LFP)와 다단위 활동(MUA)도 안정적으로 측정했다. 면역형광 염색과 세포 독성 평가에서는 낮은 염증 반응을 보여 생체 적합성과 이식 안정성도 확인했다.
이번 연구는 기존 투명 전극의 수분 환경 취약성과 생체 조직 박리 문제를 함께 해결할 수 있는 수분 저항성 투명 생체 광전자 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 특히 비나 땀 등 수분 환경에서도 전기생리 신호 측정과 광학 이미징이 가능해 신경 회로 연구, 웨어러블 바이오일렉트로닉스, 고해상도 생체 이미징 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구에는 김현우 연세대 연구원, 루루 쑨 RIKEN 연구원, 타카오 소메야 RIKEN·도쿄대 교수, 켄지로 후쿠다 RIKEN·오사카대 교수, 유기준 연세대 교수가 참여했다. 일본학술진흥회(JSPS) 지원사업, 한국연구재단, 이윤재 Fellowship 등의 지원을 받아 수행됐다.