국내 연구진이 자가 치유·복구가 가능한 동시에 높은 화학적 안정성과 변형성을 지닌 생체 피부 유사 복합 소재 센서를 개발하는 데 성광했다. 

아주대학교에 따르면 첨단신소재공학과 및 대학원 에너지시스템학과 서형탁 교수팀은 복합 폴리머소재를 이용해 상온에서 빠르게 자가 치유가 가능하며 변형성·내구성·투명도가 높은 인공피부 신소재 센서를 개발했다.

학계에서는 인간 피부를 비롯한 생물학적 시스템의 자연 치유 메커니즘에서 영감을 얻어 자가 치유 및 복구가 가능한 재료를 활발히 연구하고 있다.

이러한 새로운 유형의 재료 플랫폼은 상온에서의 신속한 자가 치유 능력을 비롯해 신축성을 갖춰야 하기 때문에 이를 통합 구현할 소재가 필요하다. 

아주대학교 연구팀은 기존에 알려진 두 가지 폴리머를 활용해 새로운 종합 기술을 적용, 복합 신소재를 개발하는 데 성공했다.

폴리머는 단량체 분자들의 화학반응을 통해 규칙적인 반복단위를 가진 긴 사슬로 이뤄진 분자다.

연구팀이 활용한 폴리머는 폴리보론실로제인(PBS)과 에코플렉스(Ecoflex)라는 물질이다. 폴리보론실로제인(PBS)은 소재에 안정성을 부여하고, 에코플렉스는 소재가 잘 늘어날 수 있도록 고인장의 유연성을 부여하기 위해 활용했다.

이 두 가지 물질은 모두 생체친화적이며 인체 유해 성분이 전무하다.

연구진은 이 두 가지 소재를 효과적으로 활용하기 위해 화학적 교차 결합 기술을 구상해 기판으로 활용할 수 있는 최적의 중합 소재를 합성하는 데 성공했다.

아주대학교 연구팀이 개발한 이번 소재의 가장 중요한 특징은 손상 치유 능력과 높은 신축성을 갖춰 인체 피부와 유사한 특성을 구현해냈다는 점이다.

연구팀은 이 소재가 재료 손상 후에 자동으로 치유돼 손상 30초 이내에 상온에서 기계적 특성의 100%를 회복할 수 있다는 점을 확인했다. 

이 소재는 신축성이 높아 잘 찢어지지 않기 때문에 원래 길이의 500%까지 늘릴 수 있다. 

또 변형이 잘 되는 소재의 약점으로 여겨지던 산성·염기성 용액에 대한 화학적 내구성이 뛰어날뿐 아니라 100도 이상의 온도에서도 안정한 열적 내구성까지 갖추고 있다.

가시광에 90% 이상의 투과를 보이는 특성도 지니고 있기 때문에 투명하고 유연한 디스플레이도 적용할 수 있다. 

연구팀은 새로 개발한 소재를 인체 부착형 웨어러블 스트레인 센서, 습도 감지 센서, 가스 감지 센서에 적용했다.

개발된 소재는 뛰어난 절연성을 가지고 있어 전극과 유전체를 삽입해 터치 센서를 구현할 수 있다. 또 접착이 쉽기 때문에 손에 부착해 터치 동작 감지가 가능하다.

변형과 파손이 돼도 스스로 복원할 수 있는 만큼 활용의 폭도 넓다.

이러한 특성을 바탕으로 의료 분야에서의 원격 재활치료 진단은 물론 산업 현장에서의 작업자부착용 유해 가스 감지 장치 등에 적용이 가능하다. 향후 원격 사물인터넷 센서 모니터링에 활용될 것으로 기대된다. 

이번 연구내용은 '웨어러블 전자기기에 적합한 피부 모사 자가 치유 및 스트레처블 기판'이라는 제목의 논문으로 화공·소재 분야의 저명 국제 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널' 1월호에 게재됐다.

연구에는 아주대 대학원 박사과정의 야스민 루바야 학생과 한승익 학생이 공동 제1저자로 이름을 올렸다.

아주대 첨단신소재공학과 르따이 유이 연구교수, 첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과 안병인 교수도 함께 연구에 참여했다.

서 교수는 '이번에 개발한 소재는 인체에 부착하는 재활치료, 모니터링용 웨어러블 센서를 비롯해 소프트 로봇, 가스와 습도 등을 감지하는 산업 장치 등에 적용이 가능할 것으로 전망된다"고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 주관 해외우수신진인력지원사업, 기초연구지원사업, BK21 포(Four) 사업의 지원으로 수행됐다.

[출처]

https://www.newsis.com/view/?id=NISX20230221_0002200292