[수원=뉴시스] 변근아 기자 = 아주대학교는 2일 서울대-미국 퍼듀대와 공동 연구를 진행해 기존 반도체 기반 전자 피부의 약점을 보완한 고정밀 전자피부를 개발했다고 2일 밝혔다.

전자 피부는 유연성과 기능성을 동시에 가져 피부에 밀착이 가능하면서도 생체신호를 정밀하게 측정할 수 있는 장치다. 이에 외과적인 처치 없이 심박수와 체온 등 생체신호를 실시간 모니터링할 수 있는 비침습적 센서 플랫폼으로 주목받고 있다.

특히 유기 반도체 물질 기반의 유기물 전기화학 트랜지스터(OECT)는 피부 표면에서 일어나는 미세한 생체신호인 이온 농도 변화를 전기 신호로 변환·증폭할 수 있어 생체리듬을 보다 정밀하고 안정적으로 분석할 수 있다.

그동안 전자 피부 기술에는 유기 전기화학 트랜지스터(OECT) 채널 소재로 p-형 반도체가 활용됐다. 그러나 이는 양전위 영역 신호에는 민감도가 떨어지고 자외선 조사나 고온 증기 등 의료 현장에서 일반적으로 사용하는 멸균 공정을 견디기 어렵다는 특성이 있어 그 한계를 보였다.

아주대 공동 연구팀은 새로운 구조의 유기 전기화학 트랜지스터(OECT)를 개발하고 동시에 높은 결정성과 깊은 LUMO 준위를 갖는 n형 반도체 소재인 n-PBDF를 채택했다.

연구팀은 이 소재를 통해 기존 n형 반도체의 산화 취약성과 환경 불안정성 문제를 효과적으로 극복하고 장기적 구동 안정성도 확보했다.

연구팀은 채널의 길이가 500nm로 매우 짧은 수직 구조를 채택하고 짧은 채널에서 기생 저항을 제거하는 4단자 기반의 측정 방식을 도입해 374mS의 신호 증폭률을 달성했다.

이러한 구조는 초저전압으로도 준수한 신호 증폭률을 달성할 수 있게 할 뿐 아니라, 소재의 산화 및 부반응을 최소화할 수 있다. 또 아주 낮은 수준의 전력만으로도, 오랜 시간 안정적으로 생체신호를 정확하게 모니터링할 수 있다.

연구를 주도한 박성준 아주대 전자공학과·지능형반도체공학과 교수는 "연구팀이 개발한 새로운 구조의 유기물 전기화학 트랜지스터를 활용해 n-형 반도체 소자의 구동 안정성을 세계 최고 수준으로 끌어올렸다"며 "높은 정밀도와 안정성을 가진 비침습적 피부 인터페이스 건강 모니터링 기술에 진전을 이뤘다는 점에 큰 의의가 있다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 나노·소재기술개발사업, 신진연구지원사업, 신진연구자 인프라 사업의 지원을 받아 수행됐다.

연구 내용은 '피부 밀착 심전도 모니터링을 위한 멸균 안정성을 가진 수직구조 n-형 유기물 전기화학 트랜지스터'라는 제목으로 글로벌 저명 학술지 '재료과학 및 공학 보고' 7월호에 게재됐다.


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