손동희 교수 연구팀, 인체 조직에 완벽 밀착하는 '초박막 나노 전자소자' 개발

- 두께 350nm 'THIN' 소자 구현… 수분 만나면 생체조직에 스스로 접착

▲ (왼쪽부터) 교신저자 우리대학 전자전기컴퓨터공학과 손동희 교수, 울산과학기술원 화학과 김봉수 교수, 

제1저자 우리대학 전자전기컴퓨터공학과 정현진 연구원, 울산과학기술원 화학전공 이대연 연구원

전자전기컴퓨터공학과 손동희 교수 연구팀이 울산과학기술원(UNIST) 김봉수 교수팀과의 공동 연구를 통해, 인체 조직에 자발적으로 밀착하여 고감도 생체신호를 측정할 수 있는 초박막 나노 전자소자를 개발했다.

심장, 뇌, 근육과 같은 생체 조직은 부드럽고 굴곡진 표면을 가지고 있어, 기존의 딱딱하거나 두꺼운 전자소자를 부착할 경우 밀착력이 떨어지거나 조직에 손상을 주는 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 접착제를 사용하거나 고정 장치를 이용했지만, 이는 염증 반응을 유발하거나 미세 신호 측정의 정확도를 떨어뜨리는 원인이 되어왔다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 두께가 머리카락의 수백 분의 일 수준인 350나노미터에 불과한 ‘이온-전자 복합 나노막(THIN)’을 개발했다. 이 소자는 생체 친화적인 하이드로젤과 신축성 있는 반도체 고분자를 결합한 이중층 구조로 설계되었다.

이번에 개발된 THIN 소자는 건조한 상태에서는 단단하여 다루기 쉽지만, 인체 내부의 수분과 닿는 순간 부드럽게 변하며 조직 표면에 강력하게 달라붙는 혁신적인 특성을 가진다. 별도의 접착제나 봉합 없이도 심장이나 뇌 주름과 같은 복잡한 곡면에 빈틈없이 밀착될 수 있어, 조직이 소자의 존재를 거의 느끼지 못할 정도로 이물감을 최소화했다.

특히, 연구팀은 이 나노막을 활용해 유기전기화학 트랜지스터(OECT)를 구현하는 데 성공했다. 이 트랜지스터는 생체 신호를 증폭시키는 성능 지표인 이온-전자 결합 이득(µC*)이 세계 최고 수준을 기록하여, 미세한 생체 신호도 잡음 없이 뚜렷하게 감지해 낸다.

실제 쥐를 이용한 동물 실험 결과, THIN 소자는 심장 박동, 근육 움직임, 뇌파 등 다양한 생체 신호를 실시간으로 정확하게 측정했다. 또한, 4주 이상의 장기간 이식 상태에서도 염증이나 부작용 없이 안정적으로 작동하여 체내 이식형 의료기기로서의 탁월한 생체 적합성을 입증했다.

손동희 교수는 "이번 연구는 존재가 느껴지지 않을 만큼 얇고 유연하면서도 강력한 성능을 가진 바이오 전자소자를 구현했다는 점에서 의미가 크다"며 "향후 심장 질환 모니터링, 뇌-기계 인터페이스(BCI), 재활 로봇 제어 등 차세대 정밀 의료 및 헬스케어 분야의 패러다임을 바꿀 핵심 기술이 될 것"이라고 기대를 밝혔다.

이번 연구 성과는 나노전자공학 분야의 세계적 권위지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 34.9)에 12월 10일(현지 시간) 온라인 게재되었다.

※ 논문명: Hydrogel–elastomer-based conductive nanomembranes for soft bioelectronics

※ 학술지: Nature Nanotechnology

※ 논문링크: https://www.nature.com/articles/s41565-025-02031-x