IBS, 신축성 높고 인체 무해한 '전도성 고무' 개발 성공

840%까지 늘어나면서 전도성 높은 생체 친화적 다기능 고무

【대전=뉴시스】김양수 기자 = 금-은나노복합체 용액 준비 과정 및 나노복합체 제작 공정.2018.08.14(사진=IBS 제공) [email protected]

【대전=뉴시스】김양수 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 나노입자연구단 김대형 부연구단장(서울대학교 화학생물공학부 교수)과 현택환 단장(서울대학교 석좌교수) 공동연구진이 높은 신축성과 전도성을 띠면서도 인체에 독성이 없는 고무를 만드는데 성공했다고 14일 밝혔다.

이번에 개발한 전도성 고무(금-은나노복합체·Ag-Au nanocomposite)는 최대 840%까지 늘어나는 기계적 변형에도 안정적으로 전기신호를 전달할 수 있어 다양한 웨어러블 디바이스와 신체 삽입형 의료기기 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구결과는 가치를 인정받아 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 37.490)誌 14일자 온라인판에 게재됐다. 논문명은 Highly conductive, stretchable and biocompatible Ag–Au core–sheath nanowire composite for wearable and implantable bioelectronics다.

이번 연구에서 공동연구진은 금(Au)이 입혀진 길이가 긴 은(Ag) 나노 와이어(금-은나노와이어)와 고무 성분인 SBS 엘라스토머를 섞어 '전도성 금-은나노복합체'를 만들었다.

엘라스토머는 플라스틱과 고무의 성질을 갖고 있는 합성수지며 SBS 엘라스토머는 스티렌(C8H8)과 부타디엔(C4H6)로 만들어진 열가소성고분자로 열과 압력에 의한 가공이 쉽고 잘 늘어난다.
 
이번에 개발한 금-은나노복합체는 기존에 연구된 전도성 고무와  비슷한 전도도 영역에서 최고 840%의 신장력을 기록했고 기존 은나노와이어 복합체의 문제였던 독성과 산화현상도 해결했다.
 
연구팀에 따르면 은 나노와이어는 높은 전도성과 안정적인 전기특성으로 각광받았으나 독성으로 인해 활용이 어려운 실정이다.

【대전=뉴시스】김양수 기자 =이번 연구에서 IBS 연구진은 여러 층으로 구성된 그물 형태로 금-은나노복합체를 설계해 돼지의 심장에 감아 심장 전체의 신호를 읽는데 성공했다. 사진은 금-은나노복합체를 이용한 다채널 심장 메쉬 디바이스.2018,08.14(사진=IBS 제공) [email protected]

이에 따라 IBS 공동연구팀은 길이가 긴 은나노와이어 표면에 손상없이 균일하게 금을 입혀 생체 독성을 유발시키는 은 이온 유출을 차단, 생체 친화성을 높였다.

또 물에 산화되기 쉬운 생체 환경 내에서도 오래 사용할 수 있도록 내구성도 강화시켰다.

이어 연구진은 금-은나노복합체를 그물 형태로 제작해 동물 실험을 진행해 그물 형태의 금-은나노복합체로 돼지의 심장을 감싸 심장 신호의 변화를 모니터링하고 전기 자극을 주는데 성공했다.

특히 심장 움직임에 전혀 영향을 주지 않으며 부정맥 등 심장 이상이 있을 때 효과적으로 전기 자극을 가하면서 치료를 수행했다.

 IBS 연구진이 금-은나노복합체는 피부에서 발생하는 다양한 전기 신호를 측정해 신체 상태를 모니터링 할 수 있고 간단한 물리치료도 가능해 향후 차세대 웨어러블 의료기기 개발에 획기적인 소재로 활용될 것으로 기대하고 있다.

 김대형 IBS 부연구단장은 "이번에 개발한 금-은나노복합체는 고전도성, 고신축성, 생체 친화적이어 향후 바이오메디컬디바이스 발전에 기여할 것"이라며 "피부에서나 인체 삽입형 의료기기에 모두 활용이 가능하다"고 강조했다.

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