[대구=뉴시스] 박준 기자 = 경북대학교 전자공학부 신효근 교수팀이 부식에 강한 3차원 다층 유연 바이오전자 플랫폼을 개발했다.
28일 경북대에 따르면 신 교수팀이 개발한 플랫폼은 기존 구리 기반 유연 회로기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)의 생리학적 환경에서 부식 문제를 해결하고 전자회로와 바이오센서를 하나의 유연한 기판에 집적할 수 있는 3차원 다층 유연 바이오전자다.
최근 몸에 붙이거나 이식하는 의료기기가 발전하면서 전기회로와 바이오센서를 단일 기판에 통합하는 유연 바이오전자 기술이 주목받고 있다.
또한 의료기기의 소형화와 고기능화를 위해서는 다층(Multi-layer) 구조를 이용한 고집적 회로 구현이 필수적이다.
그러나 기존 유연 회로기판은 주로 구리 배선을 사용해 체액 등 전해질 환경에서 쉽게 산화·부식되는 한계가 있었다.
이에 바이오센서로 직접 활용하기 어려웠으며 다층 구조 제작 시 복잡한 반도체 공정이 필요해 제작 비용과 공정 난이도가 높았다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 은 나노와이어와 탄소나노튜브를 레이저 유도 그래핀(LIG, Laser-Induced Graphene)과 결합한 하이브리드 전도체를 제안했다.
이 하이브리드 전도체는 기존 단일 LIG 배선보다 전도도를 4.5배 높였으며 구리 배선의 산화·부식을 효과적으로 억제했다.
또 장기간의 생리학적 환경과 반복적인 굽힘 변형, 다양한 pH 조건에서도 높은 기계적·화학적 안정성을 확보했다.
연구팀은 단일 레이저 장비만 이용해 전도체 형성, 회로 패터닝, 층간 연결을 수행하는 전(全) 레이저 공정을 구현했다.
포토리소그래피나 클린룸 공정 없이도 다층 플렉서블 회로를 손쉽게 제작할 수 있게 된 것이다.
이러한 고전도성 배선 기술과 레이저 공정을 바탕으로 연구팀은 하나의 기판 위에 전자회로와 바이오센서를 동시에 구현하는 3차원 유연 바이오전자 플랫폼을 최종 완성했다.
연구팀은 개발된 플랫폼을 이용해 무선 블루투스 기반 LED 제어 회로를 제작하고 안정적인 전기적 연결과 층간 절연 특성을 확인했다.
생쥐 대상 뇌파(EEG) 측정 실험에서는 상용 FPCB 전극 수준의 신호 기록 성능을 확인했으며 다층 구조에서도 신호 감쇠나 층간 간섭 없이 안정적으로 뇌 신호를 기록했다.
이와 함께 동일한 플랫폼의 각 층에 효소 기반 바이오센서를 독립 집적해 포도당과 젖산을 동시에 측정하는 다층 전기화학 바이오센서를 구현했다.
실험 결과 생리학적 농도 범위에서 높은 민감도와 선택성을 나타내 기존 구리 기반 FPCB에서는 구현하기 어려웠던 전자회로와 바이오센서의 통합 플랫폼 구현 가능성을 입증했다.
한편 이번 연구의 교신저자는 신 교수, 제1저자는 전자전기공학부 김기헌 박사과정생이다.
연구 결과는 바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)에 16일 게재됐다.
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