기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 김대형 부연구단장(서울대학교 화학생물공학부 교수)과 현택환 단장(서울대학교 석좌교수) 공동연구진이 높은 신축성과 전도성을 띠면서도 인체에 독성이 없는 전도성 고무(금-은나노복합체, Ag-Au nanocomposite)를 만드는 데 성공했다는 소식입니다.
이번에 개발한 전도성 고무는 최대 840%까지 늘어나는 기계적 변형에도 안정적으로 전기신호를 전달할 수 있다고 합니다. 이를 이용하면 다양한 웨어러블 디바이스와 신체 삽입형 의료기기 개발에 크게 기여할 것으로 기대됩니다. 이번 연구 성과는 <Nature Nanotechnology> 8월 14일 온라인 판에 게재됐습니다.
연구진은 금(Au)이 입혀진 길이가 긴 은(Ag) 나노 와이어(금-은나노와이어)와 고무 성분인 SBS 엘라스토머를 섞어 전도성 금-은나노복합체를 만들었습니다. 엘라스토머는 플라스틱과 고무의 성질을 갖고 있는 합성수지를 말합니다. 스티렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머(Styrene-Butadiene-Styrene elastomer, SBS)는 스티렌(C8H8)과 부타디엔(C4H6)로 만들어진 열가소성고분자로 열과 압력에 의한 가공이 쉽고 잘 늘어나는 성질이 있죠.
이번에 개발한 금-은나노복합체는 기존에 연구된 전도성 고무와 비슷한 전도도 영역에서 최고 840%의 신장력을 기록하고, 기존 은나노와이어 복합체의 문제였던 독성과 산화현상 문제도 해결했다고 합니다.
은나노와이어는 높은 전도성과 안정적인 전기특성으로 각광받았으나 독성으로 인해 활용이 어려웠습니다. 이번 연구에서 길이가 긴 은나노와이어 표면에 손상 없이 균일하게 금을 입혀 생체 독성을 유발시키는 은 이온 유출을 차단해 생체 친화성을 높였다고 합니다. 또한, 물에 산화되기 쉬운 생체 환경 내에서도 오래 사용할 수 있는 내구성도 갖췄습니다.
연구진은 금-은나노복합체를 그물 형태로 제작해 동물 실험을 진행했다. 그물 형태의 금-은나노복합체는 돼지의 심장을 감싸 심장 신호의 변화를 모니터링하고, 전기 자극을 주는데 성공했습니다. 넓은 면적이라 심장 움직임에 전혀 영향을 주지 않으면서도 부정맥 등 심장 이상이 있을 때 효과적으로 전기 자극을 가해 치료를 수행했습니다.
기초과학연구원 연구진이 이번에 개발한 금-은나노복합체는 움직임이 큰 피부 위에서도 안정적으로 전기를 전달할 수 있어 향후 차세대 웨어러블 의료기기 개발에 획기적인 소재로 활용될 것으로 기대됩니다.
금-은나노복합체는 피부에서 발생하는 다양한 전기 신호를 측정해 신체 상태를 모니터링 할 수 있습니다. 금-은나노복합체에 전극과 히터를 내장시키면 전기 자극이나 열 자극을 동시에 구현해 간단한 물리치료가 가능합니다. 이때, 자유자재로 늘어나기 때문에 움직임에도 큰 불편함을 주지 않는다는 것도 장점입니다.
김대형 IBS 부연구단장은 "이번에 개발한 금-은나노복합체는 고전도성, 고신축성, 생체 친화적이어서 향후 바이오메디컬디바이스 발전에 기여할 것"이라며 "피부에서나 인체 삽입형 의료기기에 모두 활용이 가능할 것"이라고 전망했습니다.
##참고자료##
Suji Choi, et al. “Highly conductive, stretchable and biocompatible Ag–Au core–sheath nanowire composite for wearable and implantable bioelectronics” Nature Nanotechnology(2018)
