(좌측부터) 성균관대 방창현 교수(교신저자), 경희대 오진영 교수(교신저자), 한국교통대 김다완 교수(교신저자), 임도현 박사과정생(제1저자), 정민우 박사과정생(제1저자)
성균관대 화학공학부/고분자공학부 방창현 교수 연구팀은 경희대 오진영 교수, 한국교통대 김다완 교수와의 공동연구를 통해 절단돼도 스스로 회복하는 자가치유(self-healing,물체가 물리적인 손상을 입었을 때, 물체를 구성하는 분자 간 상호작용을 통해 스스로 손상 부위를 회복하는 특성) 기능을 가지는 전자 점착 패치 소자를 개발했다.
연구팀은 문어의 흡반을 본떠 피부 고밀착 미세구조를 갖는 이 전자 점착 패치 소자를 기반으로 습하고 굴곡진 피부와 외부자극에서도 안정하게 생체신호를 수집하고 개발한 소자의 자가치유 특성을 이용해 외부의 손상에도 일정 시간 이후 스스로 원래 성능으로 회복해 경제적, 산업적으로 효과적인 심전도 진단 패치를 보고했다.
자가치유 소재는 소재 특유의 유동성 및 분자 간 다이나믹 결합(예시 : 수소 결합, 정전기적 상호작용 혹은 금속 배위 결합 등)을 통해 스스로 손상 부위를 회복하는 특성을 가진다. 이러한 소재를 적용하면 외부 요인에 의한 손상이 발생할 수 있는 모든 기계 및 전자 장치의 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.
그러나 소재 특유의 유동성은 자가치유 복원력과 기계적 물성 간의 상충 효과를 일으켜 다기능적 미세구조를 갖는 자가치유 전자소자 구현의 어려움으로 인해 응용 범위를 제한하는 등 여러 문제에 직면해 있다.
성균관대 방창현 교수 공동연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 자가치유 소재를 이용한 생체모사 심전도 패치를 다층 구조로 설계해 각 층마다 요구되는 조건에 맞는 물성을 재료 및 화학공학적 접근으로 구현함으로써 구조적 안정성, 자가치유 복원력, 그리고 피부와의 등각 접촉 특성 등을 성공적으로 달성했다.
이는 현재 자가치유 소재가 직면한 가장 큰 과제를 효과적으로 극복한 사례로, 향후 여러 소재 및 분야에 응용 가능성을 크게 향상시킨 것으로 볼 수 있다.
연구팀의 이번 연구성과는 국제학술지 InfoMat 7월 16일 온라인 게재됐다.
