울산과학기술대학(UNIST)이 3D 프린터로 휘어지는 곡면 전자회로를 만들 길을 열었다. UNIST 연구팀이 0.001㎜ 수준의 초미세 무늬를 찍어내는 3D 프린팅 기술 개발에 성공했다. 현재 세계 최고 수준 해상도로 적혈구보다 작은 구조도 프린팅 할 수 있다. 이 기술은 한계로 여겨졌던 상온 프린팅에도 성공해, 고온에 취약했던 플라스틱 기판에도 3차원 구조를 구현할 수 있다. 인쇄된 3차원 구조는 변형에 강해 웨어러블 전자회로 제작에 용이하다. UNIST 신소재공학부 박장웅 교수팀이 '웨어러블 전자회로용 상온 고해상도 3D 프린팅 기술'을 개발해 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 23일자 온라인 판에 개제했다. 이 기술을 이용하면 금속이나 반도체, 디스플레이용 발광 물질 등을 3차원 구조로 쉽게 찍어낼 수 있으며, 상온에서도 3D 프린팅 공정이 가능해 구부러진 플라스틱 기판에도 복잡한 3차원 전자회로를 구현할 수 있다. 3D 프린팅은 미래 유망 기술로 주목받고 있지만 전자회로 분야에 적용하기는 어려웠다. 기존 3D 프린터의 해상도가 낮아 0.1~0.01㎜ 이하 수준의 미세 가공이 불가능했기 때문이다. 또 3D 프린팅 공정이 고온에서 진행되기 때문에 금속이나 반도체 등 전자회로용 재료를 소화할 수 없었다. 박 교수팀이 이번에 개발한 3D e-jet 프린팅(3D electrohydrodynamic inkjet printing) 기술은 이런 한계를 모두 극복했다. 우선 3D 프린터의 해상도를 0.001㎜ 수준까지 높였다. 3D e-jet 프린팅 장비는 미세 노즐에서 분사된 잉크 방울이 기판에 닿기 전에 마르도록 설계됐다. 이 덕분에 인쇄된 잉크가 기판에 퍼지지 않고 차곡차곡 쌓인다. 이런 방식으로 수백 나노미터(㎚) 수준의 3차원 패턴을 구현할 수 있다. 두께가 적혈구 하나보다 작은 미세한 기둥까지 만들 수 있는 수준이다. 또 프린팅이 상온에서 이뤄져 활용할 수 있는 재료의 폭도 넓어졌다. 기존 3D 프린터는 고온 공정이 필요해 100℃에서 쉽게 녹는 플라스틱 기판을 사용할 수 없었다. 하지만 이번 기술은 상온에서 작동 가능해 섬유나 플라스틱 기판 위에 3차원 전자회로를 인쇄할 수 있으며 피부에 부착 가능한 웨어러블 전자회로 제작도 가능하다. 이번 연구의 공동 1저자인 안병완 석·박사통합과정 연구원은 "이 기술로 만든 3차원 구조는 변형이 일어나도 견딜 수 있다"며 "사람의 손등이나 곡면에 붙일 수 있는 웨어러블 전자회로에 활용할 수 있다"고 말했다. 또 다른 1저자로 이번 연구를 진행한 김국주 박사는 "이번 기술로 다양한 기능성 물질의 고해상도 3차원 구조 제작이 가능하게 됐다"며 "단순한 프린팅 공정만으로 고집적화된 다양한 플렉서블 전자회로들을 만들 수 있다"고 설명했다. 박장웅 교수는 "기존 반도체 공정 등에서 미세 패턴을 제작하던 방식으로 구현하기 어려웠던 3D 패턴을 고해상도로 제작할 수 있는 기술"이라며 "이번 연구로 3D 프린팅 및 웨어러블 전자기기 연구 분야에 새로운 패러다임을 제시했다"라고 밝혔다. kky060@fnnews.com 김기열 기자

UNIST 박장웅 교수가 참여하는 연구팀이 개발한 고성능 '그래핀 투명전극'. 이 전극은 반으로 접거나 잡아당겨도 전기적 특성이 유지된다. 피부에 붙여도 티 나지 않는 투명한 '전자피부(Electronic Tattoo)'를 만들 길이 열렸다. 전자피부는 사람 피부 등에 스티커처럼 붙여 디스플레이, 생체신호 측정 등에 활용할 수 있는 초소형 전자회로다. UNIST(총장 조무제)에 박장웅 교수(신소재공학부), KAIST 배병수 교수, ETRI(한국전자통신연구원) 추혜용 단장으로 꾸려진 공동연구팀은 반으로 접거나 잡아당겨도 전기적 특성이 유지되는 고성능 '그래핀 투명전극' 제조 기술을 개발했다. 이 전극을 이용해 피부나 유리, 나뭇잎 등에 쉽게 붙일 수 있는 투명 전자회로도 구현했다. 이번 연구 결과의 가장 큰 특징은 그래핀 복합체를 이용해 투명전극의 저항을 기존보다 20배 이상 낮췄다는 점이다. 이로써 휘어지는 디스플레이나 회로, 센서 등으로 활용할 수 있는 전자피부도 구현할 수 있었다. 박장웅 교수는 "기존에도 전자피부나 전자타투 등의 연구가 이뤄졌지만, 회로나 패턴들이 그대로 보이는 문제가 있었다"며 "이번 연구로 구현한 전자피부는 모든 물질을 투명하게 만들었기 때문에 어디에 부착해도 보이지 않아 실용적으로 사용가능할 것"이라고 말했다. 이번 연구에서 박 교수팀은 그래핀을 금속섬유와 결합해 기존 그래핀 투명전극이 가지는 문제점을 해결했다. 투명전극으로서 '저항값이 높다'는 그래핀의 한계를 극복한 것이다. 수 미터까지 길게 늘인 금속섬유는 연결저항을 줄였고, 그래핀 복합체를 통해 전자들이 잘 이동할 수 있어 저항값도 매우 낮아졌다. 그래핀 복합체 제작은 기존 디스플레이?반도체 공정을 그대로 적용했으므로 전극 패턴을 쉽게 만들 수 있다는 장점도 있다. 이번에 개발한 그래핀 투명전극은 기존보다 저항값이 250배가량 낮았다. 투명전극으로 대두되고 있는 금속 나노와이어와 비교해도 20배 이상 저항값이 낮은 우수한 전기적 특성(1Ω/sq)을 보였다. 공기 중에 장시간 노출하거나 열을 가해도 산화되지 않았고 유연성과 신축성도 우수했다. 이 내용은 나노 분야 세계 최고 권위지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 10월 20일자 온라인 판에 게재된다. kky060@fnnews.com 김기열 기자

UNIST 박장웅 교수가 참여하는 연구팀이 개발한 고성능 '그래핀 투명전극'. 이 전극은 반으로 접거나 잡아당겨도 전기적 특성이 유지된다. 피부에 붙여도 티 나지 않는 투명한 '전자피부(Electronic Tattoo)'를 만들 길이 열렸다. 전자피부는 사람 피부 등에 스티커처럼 붙여 디스플레이, 생체신호 측정 등에 활용할 수 있는 초소형 전자회로다. UNIST(총장 조무제)에 박장웅 교수(신소재공학부), KAIST 배병수 교수, ETRI(한국전자통신연구원) 추혜용 단장으로 꾸려진 공동연구팀은 반으로 접거나 잡아당겨도 전기적 특성이 유지되는 고성능 '그래핀 투명전극' 제조 기술을 개발했다. 이 전극을 이용해 피부나 유리, 나뭇잎 등에 쉽게 붙일 수 있는 투명 전자회로도 구현했다. 이번 연구 결과의 가장 큰 특징은 그래핀 복합체를 이용해 투명전극의 저항을 기존보다 20배 이상 낮췄다는 점이다. 이로써 휘어지는 디스플레이나 회로, 센서 등으로 활용할 수 있는 전자피부도 구현할 수 있었다. 박장웅 교수는 "기존에도 전자피부나 전자타투 등의 연구가 이뤄졌지만, 회로나 패턴들이 그대로 보이는 문제가 있었다"며 "이번 연구로 구현한 전자피부는 모든 물질을 투명하게 만들었기 때문에 어디에 부착해도 보이지 않아 실용적으로 사용가능할 것"이라고 말했다. 이번 연구에서 박 교수팀은 그래핀을 금속섬유와 결합해 기존 그래핀 투명전극이 가지는 문제점을 해결했다. 투명전극으로서 '저항값이 높다'는 그래핀의 한계를 극복한 것이다. 수 미터까지 길게 늘인 금속섬유는 연결저항을 줄였고, 그래핀 복합체를 통해 전자들이 잘 이동할 수 있어 저항값도 매우 낮아졌다. 그래핀 복합체 제작은 기존 디스플레이?반도체 공정을 그대로 적용했으므로 전극 패턴을 쉽게 만들 수 있다는 장점도 있다. 이번에 개발한 그래핀 투명전극은 기존보다 저항값이 250배가량 낮았다. 투명전극으로 대두되고 있는 금속 나노와이어와 비교해도 20배 이상 저항값이 낮은 우수한 전기적 특성(1Ω/sq)을 보였다. 공기 중에 장시간 노출하거나 열을 가해도 산화되지 않았고 유연성과 신축성도 우수했다. 이 내용은 나노 분야 세계 최고 권위지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 10월 20일자 온라인 판에 게재된다. kky060@fnnews.com 김기열 기자

[파이낸셜뉴스] 비침습적 방식으로 망막 오가노이드에서 망막의 기능을 확인한 연구 결과가 나왔다. 강남세브란스병원 안과 이준원·세브란스병원 안과 변석호·연세대 신소재공학과 박장웅 교수팀은 망막 오가노이드에서 3차원 액체금속 미세전극을 이용해 망막 발달 과정에서의 전기 신호를 정확하게 분석했다고 1일 밝혔다. 주요 실명 원인 질환인 황반변성, 당뇨망막병증, 녹내장 등은 모두 망막에 발생하는 질환들이다. 줄기세포를 배양하거나 재조합해 만든 장기 유사체 오가노이드는 ‘미니 장기’로 불리기도 한다. 질병 모델 및 신약 개발 등의 목적으로 활용한다. 망막을 비롯해 인간의 장기를 분석하기 위해서는 조직을 채취해야 한다. 망막은 뇌와 마찬가지로 조직을 채취할 경우 그 기능이 중대하게 손상돼 조직을 얻을 수 없다. 망막 연구에서 미니 장기 개발 기술이 더욱 중요한 이유다. 연구팀은 인공 미니 망막의 기능을 분석하기 위해 액체금속으로 3차원 미세전극을 개발했다. 기존에도 전기적 방법을 기반으로 한 분석법은 있었지만, 형광 발현 방식은 미니 망막의 기능을 간접적으로 측정하는 방식으로 실제 망막 세포 기능을 관찰하는 데 어려움이 있다. 고체전극 방식은 미니 망막의 구조와 세포에 손상을 줄 위험이 컸다. 연구팀은 미니 망막 안쪽에 있는 망막 신경절 세포를 3차원 미세전극으로 타깃해 망막의 발달 단계를 전기적으로 분석했다. 분석 과정에서 사용한 3차원 미세전극은 기존 방법들과는 달리 미니 장기의 내부를 정확하게 타깃 했을 뿐만 아니라 세포를 손상하지도 않고 신경 활동을 장기간 연속적으로 기록했다. 이를 통해, 미니 망막이 인간 태아의 원시 망막과 유사한 시냅스 연결성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이준원 교수는 “3차원 미세전극을 활용해 비침습적이고 연속적으로 미니 망막의 기능을 분석할 수 있었다”며 “이번 연구를 통해 미니 망막이 실제 인간 망막의 기능적 특성을 그대로 재현하는 데서 오가노이드의 활용 가능성을 확인했고, 앞으로 망막 질환을 이해하고 치료법을 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다. camila@fnnews.com 강규민 기자

[파이낸셜뉴스] ‘스마트 콘택트렌즈’로 눈물 성분을 분석해 혈당을 확인할 수 있는 연구 결과가 나왔다.   5일 의료계에 따르면 연대 의대 의공학교실 김자영 교수·세브란스병원 내분비내과 이용호 교수·연대 신소재공학과 박장웅 교수, 박원정 연구원, 경북대학교병원 안과 김홍균 교수·경북대 의대 김정호 연구원·한국과학기술연구원 김주희 연구원 공동 연구팀은 실시간으로 눈물 속 생체 지표를 측정해 정확하게 혈당을 측정할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다.  연구팀은 당을 측정하는 고감도 센서와 이를 휴대기기로 전송하는 무선 통신용 안테나가 내장된 스마트 콘택트렌즈를 제작해 임상 시험을 시행했다. 시판 중인 콘택트렌즈와 같은 재료로 만들어져 착용 시 이물감이 적고 시야는 가리지 않았다. 연구팀은 가장 먼저 동물 실험을 통해 여러 종류의 눈물 중 혈당과의 연관성에 영향을 주는 유형을 확인했다. 눈물은 눈을 깜빡일 때마다 흘러 청결을 유지하는 기본눈물, 감정에 의해 나오는 감정눈물, 외부 자극으로 흐르는 반사눈물로 나뉜다. 토끼 눈에 렌즈 착용 시 발생하는 자극과 연구팀이 의도적으로 가한 자극으로 인해 반사눈물이 나올 때 눈물 속 당과 혈당의 상관관계가 줄었다. 그러나 렌즈 착용 후 일정 시간(1~3분)이 지나자 눈물 당 수치가 안정되며 혈당과의 상관관계가 다시 높아졌다. 연구팀은 반사눈물로 인한 일시적인 상관관계 변화가 기존에 눈물로 혈당을 측정할 수 있는지 논란이 있었던 이유였다고 설명했다. 이후 ‘안정화 시간’을 거쳐 임상 시험을 진행했다. 연구팀은 정상이거나 당뇨를 앓는 토끼와 강아지 각 8마리, 사람 10명을 대상으로 스마트 콘택트렌즈로는 눈물당을, 혈당 측정기로는 혈당을 쟀다. 그 결과 모든 시험에서 혈당 수치의 변화에 맞춰 눈물당도 같이 등락하는 것을 확인할 수 있었다. 다만 시험 대상자들의 눈물당 등락은 개별적으로 다른 시간 간격을 두고 혈당 변화를 따라갔다. 연구팀은 이를 ‘개인화된 시간 지연’으로 정의했다. 이어 혈당과 눈물당 간 상관관계 분석에 사용한 ‘피어슨 상관계수’에 각기 다르게 지연 정도를 적용해보니 그 값이 0.9 이상으로 나왔다. 피어슨 상관계수에서는 값이 1에 가까울수록 상관관계가 높다. 끝으로 ‘일치 오류 격자’ 분석을 통해 눈물당 수치를 기반으로 혈당 수치를 예상해 설정하고, 실제로 혈당을 쟀다. 일치 오류 격자 분석법은 혈당 측정기의 정확도를 판단하는 데 사용하는 방식이다. 값을 비교해보니 예상한 혈당 수치는 혈당 측정기를 통한 결과와 오차가 거의 없었다. 이용호 교수는 “시간개념을 도입해 기존에 눈물을 이용한 혈당 분석 연구가 지지부진했던 원인을 해결하면서 눈물당과 혈당 수치의 상관관계를 명확히 확인했다”며 “스마트 콘택트렌즈가 당을 비롯해 눈물로 확인할 수 있는 콜레스테롤, 안압 등을 정확히 측정할 수 있어 다른 질환 진단과 치료에도 적용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. camila@fnnews.com 강규민 기자

[파이낸셜뉴스] 실명 환자들의 시력을 회복시킬 수 있는 안전성 높은 소프트 인공망막이 개발됐다. 세브란스병원 안과 변석호·신소재공학과 박장웅·강남세브란스병원 안과 이준원 교수팀은 실명 환자들의 시력을 회복시킬 수 있는 안전성 높은 액체 금속 기반의 소프트 인공망막을 개발했다고 19일 밝혔다. 망막색소변성증, 황반변성 등 망막질환으로 인해 실명한 환자의 시력회복을 위해서는 인공망막 장치를 망막 혹은 뇌에 직접 연결하는 것이 유일한 방법이다. 인공망막 장치를 실명 환자에게 이식하기 위해서는 망막이나 뇌 등 신경조직에 금속 재질의 전극을 삽입해야 한다. 이 과정에서 딱딱한 금속이 부드러운 신경조직을 파고들며 필연적으로 손상을 유발해 염증반응을 일으키고 흉터(반흔)를 남기게 된다. 이때 발생한 흉터로 인해 시간이 지나며 신경조직과 전극 사이에 전기신호가 통하지 않는 현상이 발생한다. 현재까지 상용화됐던 인공망막 장치들도 이러한 기술적 문제로 인해 사용에 어려움이 있었다. 연구팀은 생체 적합성이 높은 액체 금속으로 제작된 3D 전극을 통합한 소프트 인공망막을 개발했다. 기존의 고체 금속 기반 인공망막과 달리 망막조직과 유사한 부드러운 소재인 액체 금속을 이용해 망막 손상을 최소화했다. 또 곡면으로 이뤄진 망막 표면에 최대한 밀착될 수 있도록 바늘 모양의 3차원 전극을 사용해 전기전도 효율을 높였다. 연구팀은 자체 개발한 소프트 인공망막을 망막 퇴행으로 실명한 마우스 모델에 이식해 시력 회복 여부와 망막 손상 정도를 분석했다. 시력 회복 여부 확인을 위해 마우스모델 망막에 국부적으로 빛을 비췄다. 그 결과 빛을 받은 부분은 빛을 받지 않은 부분에 비해 약 4배 큰 망막 신호가 유발됐다. 해당 망막은 소프트 인공망막을 이식하기 전에는 빛에 대한 반응이 전혀 없었다. 이식 후 빛의 형태에 따라 반응이 발생한 것을 통해 시각이 회복된 것을 확인할 수 있었다. 특히 연구팀이 개발한 3차원 구조의 액체 금속 3D 전극은 같은 소재의 평면 전극과 비교해 신호전달에 있어 약 2배 높은 효율을 보였다. 또한 기존의 고체 금속 소재의 인공망막과 달리 소프트 인공망막은 망막 손상, 염증반응 등 자극 전극 주변에서 면역반응이 발생하지 않았다. 변석호 교수는 “액체 금속 3D 전극을 이용한 인공망막 장치는 기존의 딱딱한 금속 재질의 인공망막과 비교해 망막조직의 손상을 줄이고, 불규칙한 표면을 가진 망막에도 전극을 정확하고 안정적으로 접촉시킬 수 있다”면서 “이번 연구 결과를 통해 실명 환자들을 위한 맞춤형 인공망막 개발이 가능해질 것으로 기대한다”고 말했다. camila@fnnews.com 강규민 기자

[파이낸셜뉴스] 기초과학연구원(IBS) 박장웅 박사팀이 심장을 실시간 모니터링하면서 비정상적 박동 발견땐 즉시 치료하는 전자패치를 개발했다. 연구진은 부정맥 실험용 토끼에 10주간 심장 부착형 전자패치를 사용해 성능과 효과를 증명했다. 박장웅 박사는 "이 심장 부착형 전자패치 기술은 기존 이식형 제세동기 기술의 문제점을 해결해 심장 질환 진단과 치료에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다. 또한 "향후 임상실험으로 상용화해 실제 부정맥 환자들에게 적용하게 될 것"이라고 전망했다. ■질환 사망자중 심장 문제가 1위 15일 IBS에 따르면, 심장 질환 사망자는 암에 의한 사망자 수를 넘어 단일 질환으로 인한 사망 원인의 독보적 1위이다. 특히, 심장 질환의 경우 예기치 못한 돌연사로 이어지는 경우가 많으며, 대표적인 원인은 부정맥이다. 부정맥은 심장이 규칙적으로 수축하지 못해 맥박이 비정상적으로 빨라지거나 느려지거나 혹은 불규칙해지는 것을 말한다. 부정맥은 아무런 사전 증상 없이 갑자기 찾아 오는 경우가 많다. 부정맥으로 병원을 방문하면 정상적인 심장 박동으로 되돌아와 정확한 진단이 어렵기도 하다. 이 때문에 부정맥을 예방하기 위해서는 지속적으로 심장 활동 및 이상 유무를 감지해야 하고, 질환 발생을 감지한 즉시 처치가 이뤄져야 한다. 이를 위해 최근에는 인공심장박동기와 삽입형 제세동기 같은 체내 삽입이 가능한 진단 및 치료장치가 개발돼 사용되고 있다. ■토끼 실험으로 성능 입증 연구진은 우선 반도체 트렌지스터로 심장이 수축·이완때 생기는 압력을 모니터링할 수 있는 압력센서를 만들었다. 이는 대표적인 심장 진단 방식인 심전도를 탈피했다. 이 센서는 심장 표면에 붙일 정도로 얇고 고해상도의 센서로 심장을 실시간 감지할 수 있다. 또한, 부정맥이 일어나면 심장에 전기 자극을 주기 위해 표면적이 넓은 나노구조의 전극을 만들어 추가했다. 여기에 센서와 전극을 심장 표면에 오랫동안 안정적으로 고정시키기 위해 젤리형태의 접착제로 심장 부착형 전자패치를 완성했다. 즉, 하나의 패치 장치로 심장의 압력 감지와 미세 전기 자극을 동시에 줄 수 있도록 만든 것이다. 연구진은 "특히, 반도체 기반의 압력센서는 몸속 내부나 외부의 전기 신호에 간섭을 받지 않는다"고 설명했다. 연구진은 부정맥 실험용 토끼의 심장 좌심실에 전자패치를 붙여 성능 테스트를 진행했다. 그결과 압력센서가 측정한 압력 분포 데이터로 심장의 수축과 이완이 불규칙해진 것을 알아냈다. 이와 동시에 나노 전극이 심장에 자동으로 전기 자극을 줘 심장 박동이 정상으로 돌아오게 만들었다. 또한, 홍합의 접착 능력을 모방해 개발한 하이드로젤 접착제가 전자패치를 감싸고 있어 10주 이상 안정적으로 붙어 있게 했다. 한편, IBS 나노의학연구단 박장웅 박사는 IBS 조승우 박사, 연세대 세브란스 병원 심장혈관외과 이삭 교수팀과 공동으로 연구를 진행해 얻은 결과를 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 15일(한국시간) 온라인 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스]연세대학교 공과대학 세계적으로 저명한 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, Impact Factor: 30.849)’에 연세대 공과대학 70주년을 기념하는 특집호(70th Anniversary of Yonsei University’s College of Engineering)를 11월 23일 온라인 발간했다고 24일 밝혔다. 이번 특집호에는 재료·전자·화학 등 미래소재 산업 핵심기술 분야에서 우수한 성과를 거두고 있는 연세대 공과대학 교수 20명이 참여했다. 참여 교수는 심우영 교수, 이우영 교수, 박철민 교수, 문주호 교수, 박장웅 교수, 황성주 교수, 강달영 교수, 이규형 교수(이상 신소재공학과), 안종현 교수, 김현재 교수, 김형준 교수, 이태윤 교수, 유기준 교수(이상 전기전자공학과), 조정호 교수, 함승주 교수, 김은경 교수(이상 화공생명공학과), 전성찬 교수, 김종백 교수, 류원형 교수(이상 기계공학과), 여종석 교수(글로벌융합공학부)이다. 교수진은 총 20개의 리뷰 논문을 통해 첨단과학기술의 연구 방향을 심층적으로 분석하고 연구전략을 집중 조명했다.  또 △2차원 소재(2D materials)를 이용한 정밀의학 생명공학·전자소자 기술, △2차원 소재의 합성 및 센서·에너지 응용 기술, △칼륨(Potassium)을 이용한 배터리 음극재 기술, △강유전체를 이용한 인체공학적 플렉시블(유연소자) 기술 등을 대표 논문으로 다루면서 이와 함께 최근 연구에 대한 분석과 전략을 제시했다.  연세대 명재민 공과대학장은 “연세대 공과대학 70주년을 기념하는 이번 특집호는 첨단산업 기술의 핵심 원리를 정리하고 그 응용성의 확장을 제시했다는 점에서 큰 가치가 있다”며 “연세대의 혁신적인 기술을 알릴 좋은 기회였으며, 향후 미래기술의 발전에 지대한 기여를 할 것으로 기대된다”고 말했다.  leeyb@fnnews.com 이유범 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 녹내장 진단방법인 안압을 모니터링할 수 있는 콘택트렌즈를 개발했다. 이 렌즈는 고감도 안압센서와 근거리무선통신(NFC)회로가 들어가 았어 스마트폰으로 바로 확인할 수 있게 만들었다. 한국연구재단은 연세대 신소재공학과 박장웅 교수와 경북대병원 안과 김홍균·김대우 교수가 공동으로 미세한 안압변화를 감지할 수 있는 콘택트렌즈를 개발했다고 11일 밝혔다. 이 장비는 시력교정에 쓰이는 일반 소프트 콘택트렌즈에 안압 센서와 무선 통신회로를 결합했다. 집에서 녹내장 지표인 안압의 미세 변화를 간편하게 모니터링 할 수 있는 기술을 개발한 것이다. 콘택트렌즈 착용만으로 일상생활에서 안압을 자동으로 연속 모니터링이 가능하다. 측정값은 무선으로 스마트폰 앱에 기록해 이를 병원에 전송할 수 있는 모바일 헬스케어 기술을 보여준 것이다. 연구진은 300㎚ 두께의 신축성 있는 초박형 실리콘으로 제작한 고감도 안압센서를 신축성 전극을 이용해 무선통신회로와 연결했다. 실제 소프트 콘택트렌즈 두께와 비슷한 수준으로 제작해 신축성과 착용성을 유지할 수 있었다. 또한 감전의 위험을 없애기 위해 소프트 콘택트렌즈 물질로 센서, 무선통신회로 등 전자부품들을 완전히 포장했다. 이와함께 10명의 참여자를 대상으로 제작된 스마트 콘택트렌즈의 착용시 성능과 안정성을 살펴봤다. 그결과 작동과정에서 열이 거의 발생하지 않았으며 눈에 이물감 및 각막 상처가 없음을 측정했다. 박장웅 교수는 "이 콘택트렌즈가 제품화 하기 위해서는 1000명 이상의 환자들을 대상으로 하는 임상 3상 시험이 필요하다"고 설명했다. 이번 연구 성과는 생명공학 분야 국제학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)'에 3일 게재됐다. 한편, 녹내장 예방과 진단을 위해서는 지속적인 안압 모니터링이 필요하다. 수면상태에도 변하는 안압의 특성상 병원을 내원한 당시의 안압 측정만으로는 한계가 있을 수 있다. 이에 사람 눈에 착용하는 형태의 신축성 있고 투명한 스마트 콘택트렌즈를 이용한 실시간 안압 모니터링 연구가 이어졌으나, 작은 크기의 콘택트렌즈에 안압 센서에 더해 무선통신 회로를 함께 탑재하지 못하는 등의 아쉬움이 있었다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 실시간으로 스트레스를 측정할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다. 연구진은 이 스마트 콘텍트렌즈가 상용화 될 경우 환자와 병원 사이 매개체 역할을 해 건강관리를 도울 것으로 기대하고 있다. 기초과학연구원(IBS)은 나노의학 연구단 박장웅 박사 연구팀이 눈물 속 스트레스 호르몬인 '코티졸'을 측정하는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다고 10일 밝혔다. 연구진은 그래핀과 은나노 와이어를 이용해 측정센서와 트렌지스터, 안테나 등을 만들어 콘택트렌즈 안에 삽입했다. 근거리 무선통신(NFC)칩을 이용해 별도의 전력이 없어도 스마트폰과 연동해 일상에서 손쉽게 스트레스를 확인할 수 있다. 박장웅 박사는 "이 렌즈가 4차 산업시대에 주목받는 모바일 헬스케어 산업 뿐 아니라 의료분야까지 다양하게 활용될 것"이라고 전망했다. 먼저 연구진은 그래핀을 사용해 투명하고 유연하면서 무선 통신이 가능한 코티졸 센서를 만들었다. 그래핀 트랜지스터(FET)구조로 이뤄진 센서는 그래핀 표면에 결합하는 코티졸 농도를 실시간 분석할 수 있다. 연구진은 이 센서가 눈물 속 코티졸 농도에 따른 그래핀의 미세한 저항 변화를 읽어내 스트레스 수치를 실시간으로 정확히 검출해 낸다고 설명했다. 또 은 나노와이어를 그물망 구조로 만들어 신축성이 뛰어난 투명 전극과 안테나를 제작했다. 이와 더불어 초정밀 3D 인쇄 공정으로 제작한 신축성 있는 회로로 전극, 안테나, NFC칩 등 각 부품들을 연결해 소프트 렌즈에 넣었다. 연구진은 이 스마트 콘택트렌즈의 성능과 안전성을 실험해 입증했다. 실험 결과 착용 상태에서도 렌즈에서 발생하는 열과 전자기파가 인체에 무해했다고 밝혔다. 또한 제작한 렌즈는 보관액에 담긴 후에도 형태와 기능이 그대로 유지됐다. 연구진은 "이는 스마트 콘택트렌즈의 상용화 가능성을 보여준 것"이라고 말했다. 이번 연구결과는 박장웅 박사팀이 연세대, 명지대와 공동연구를 통해 진행됐으며, 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 10일(한국시간) 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자