피부에 닿으면 부드러워지는 3D 프린터용 잉크

KAIST 정재웅·스티브박 교수팀
웨어러블·임플란터블 생체 소자
로보틱스 등 다양한 분야서 활용

한국과학기술원(KAIST) 정재웅·스티브박 교수팀이 개발한 3D프린터용 액체금속 잉크로 체온만으로 부드러워지는 광혈류 측정 전자피부센서를 만들었다. KAIST 제공

한국과학기술원(KAIST) 정재웅·스티브박 교수팀이 체온만으로도 부드러워지는 3차원(3D) 프린터용 액체금속 잉크를 개발했다. 이 액체금속 잉크는 체온에 따라 부드럽게 변할 수 있는 특징으로 차세대 웨어러블 및 임플란터블 기기, 의료기기, 로보틱스 등 다양한 분야에 활용될 전망이다.

6일 KAIST에 따르면 이 전자 잉크의 핵심 소재인 갈륨은 금속임에도 불구하고 29.76도에서 녹는 점을 가져 쉽게 고체와 액체 간의 상태 변화가 가능하고 뛰어난 전기전도성과 무독성을 가진다. 연구진은 이를 주목하고 액체금속 갈륨을 기반으로 전자잉크를 개발했다.

최근 웨어러블 및 임플란터블 생체 소자와 소프트 로보틱스 분야에서는 부드러운 사람 피부나 조직에 적용돼 건강 상태를 모니터링하고 질환을 치료하는 기술이 활발히 연구되고 있다.

기존 의료기기의 경우, 딱딱한 형태의 의료기기는 부드러운 피부와의 강성도 차이로 인해 피부 부착 시 불편함을 야기하거나 조직 삽입 시 염증 반응을 유발할 수 있다. 또 피부처럼 부드러운 유연한 의료기기는 피부나 조직에 적용 시 우리 몸의 일부처럼 이질감 없이 사용될 수 있지만, 부드러운 특성으로 인해 정교한 핸들링을 어렵게 한다.

반면, 이 전자잉크는 3D 프린팅을 활용해 사용자 맞춤형 전자소자를 쉽게 만들 수 있다. 실제 이 전자잉크로 초박막 광 혈류측정 전자 피부센서와 무선 광전자 임플란트 장치를 만들었다. 연구진은 "이 기기들은 25도에서는 딱딱해 다루기 쉽다"고 설명했다. 반면, 체온인 36.7도에서는 부드럽게 변환돼 피부나 조직에 적용 시 기계적 스트레스를 주지 않고 조직 변형에 순응하며 안정적으로 동작했다.

또 사용 후 몸에서 떼어내면 다시 딱딱한 형태로 변형될 수 있어 재사용이 쉽다.

정재웅 교수는 "체온에 반응해 강성을 변환할 수 있고 고해상도 프린팅이 가능한 전자잉크는 기계적 특성 변환을 필요로 하는 다목적 전자기기, 센서, 로봇 기술뿐만 아니라 의료 기기 분야에서 고정된 형태를 갖는 기존 전자기기의 한계를 극복해 다양한 새로운 가능성을 열 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 3D프린터용 액체금속 잉크를 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 발표했다.

김만기 기자