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웨어러블 의료기기에 비금속 전도성 고분자 활용 길 열었다

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웨어러블 의료기기에 비금속 전도성 고분자 활용 길 열었다

2020.11.17 12:05
대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀이 습도와 온도만 조절해서 전도성 고분자 PEDOT:PSS의 전기전도도를 250배 높이는 기술을 개발했다. 사진은 왼쪽부터 연구를 이끈 이성원 DGIST 신물질과학전공 이성원 교수, 정우성 석박사통합과정생, 권기혁 석사과정생. DGIST 제공
대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀이 습도와 온도만 조절해서 전도성 고분자 PEDOT:PSS의 전기전도도를 250배 높이는 기술을 개발했다. 사진은 왼쪽부터 연구를 이끈 이성원 DGIST 신물질과학전공 이성원 교수, 정우성 석박사통합과정생, 권기혁 석사과정생. DGIST 제공

생체 신호를 측정하는 웨어러블 의료기기는 피부와 장시간 맞닿아야 하기 때문에 인체에 무해하고 자극이 없는 소재로 만들어야 한다. 전기전도성을 갖는 생체친화적 비금속 소재인 전도성 고분자가 소재로 적합하지만, 금속보다 전기전도도가 낮다는 단점이 있다. 

 

대구경북과학기술원(DGIST)은 이성원 신물질과학전공 교수 연구팀이 전도성 고분자 ‘PEDOT:PSS’의 전기전도도를 250배 높이는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

 

전기전도도가 높은 물질인 PEDOT(3,4-에틸렌다이옥시티오펜 중합체)은 용매에 잘 녹지 않아 활용이 어렵다. 이를 해결하기 위해 극성 물질인 PSS(스티렌술폰산 중합체)을 피복처럼 둘러싸 만든 물질이 PEDOT:PSS다. PEDOT:PSS의 전기전도도를 높이려면 전기전도도가 없는 PSS를 PEDOT으로부터 살짝 떨어뜨려야 하는데 기존에는 유기용매나 산성 물질을 사용해 분리시켰기 때문에 유해물질을 제거하는 추가 공정이 필요했다.

 

연구팀은 유해물질을 사용하지 않고 온도와 습도를 조절해 전기전도도를 높이는 방법을 개발했다. PEDOT:PSS 주변 습도를 80%로 유지하고 70도가 넘는 열을 가해 PSS의 반응성을 높였다. 그 결과 PEDOT 양이온과 PSS 음이온의 결합력이 약화돼 상분리가 일어나면서 PEDOT 양이온의 얽힘 현상이 발생하면서 전기전도도가 높아졌다. 

 

이렇게 만든 전도성 고분자로 생체전극을 만들어 전기전도도를 측정한 결과 기존보다 약 250배 높은 125.467지멘스퍼센티미터(S/cm)라는 사실을 확인했다. 1지멘스는 1볼트의 전압이 걸렸을 때 1암페어의 전류를 통과시킨다는 뜻이다. 

 

연구팀은 병원에서 사용하는 고압증기멸균기로도 비슷한 습도와 온도를 갖춘 환경을 만들 수 있어 의료현장에서도 간단하게 전기전도도를 높일 수 있다는 사실도 확인했다.

 

이 교수는 “인체에 무해하고 간단한 공정으로 생체친화적인 전도성 고분자의 전기전도도를 획기적으로 높였다”며 “이 기술을 활용하면 전도성 고분자의 에너지 효율을 높일 수 있고 의료분야에 폭넓게 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이 연구는 국제학술지 ‘바이오센서스앤바이오일렉트로닉스’ 온라인판 10월 8일자에 실렸다.

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