아주대 연구진, 전기 생산 가능한 전자피부 개발

[이데일리 신하영 기자] 아주대 연구진이 단백질 나노섬유를 활용, 전기 생산이 가능한 전자 피부를 구현했다.

사진 왼쪽이 나렌다 고굴라 연구조교수, 오른쪽이 교신저자인 김성환 교수.(사진=아주대)

아주대는 김성환 물리학과 교수팀이 이러한 연구성과를 거뒀다고 14일 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 주관 중견연구자사업의 지원을 받아 수행됐으며 제1저자로 나렌다 고굴라(Narendar Gogurla) 연구 조교수가 참여했다. 연구 결과는 에너지 소재 분야 세계적 권위지 ‘어드밴스드 에너지 머트리얼즈’ 6월 11일자 온라인에 게재됐다.

김 교수팀은 실크 단백질 나노섬유를 활용해 전기를 생산하는 전자 피부를 개발했다. 실크 단백질은 누에고치에서 나온 생체 친화적 소재다. 김 교수팀은 실크 단백질 나노섬유 위에 회로를 그려넣은 전자문신을 개발했다. 이를 마찰전기 수확 소자로 동작시키는 데 성공한 것이다.

최근 세계적으로 피부에 부착하는 차세대 전자 소자에 대한 연구가 진행 중이다. 그 중에서도 흔히 발생하는 마찰·정전기 현상을 에너지원으로 삼는 마찰전기 수확 소자는 인체의 움직임을 전기 에너지로 전환할 수 있다는 점에서 관심을 받고 있다. 다만 피부 굴곡에 상관없이 소자가 피부에 부착돼야 하고 인체에 무해한 성분으로 구성돼야 한다는 점이 난제로 지적돼 왔다.

김 교수팀은 이에 천연 실크 단백질에 주목했다. 누에고치에서 나온 실크 단백질은 생체 친화적인 데다 물리·화학적 물성이 우수해 활용도가 높은 고분자 소재다. 연구팀은 나노섬유 종이에 탄소 나노섬유 잉크를 활용, 원하는 모양의 회로를 그려넣었다. 그 뒤 다시 실크 나노섬유 종이를 덮어 문신 스티커를 완성했다. 물을 살짝 묻힌 피부에 이를 올려놓으면 전자문신이 형성되는 것이다.

김성환 교수는 “실크 단백질과 같은 생체 물질 단백질을 활용하면 생체 조직과 전자 소자의 상이한 물성 차이를 극복할 수 있다”며 “이번에 개발한 소재 기술은 천연 바이오 소재들이 생명체나 인공 생명체를 위한 전자 소자 구현에 적용될 수 있음을 보여줬다는 데 의의가 있다”고 했다. 그러면서 “앞으로 다양한 헬스케어 소자와 로보틱스 분야에 적용 가능할 것”이라고 덧붙였다.