빛으로 인쇄된 전극은 피부와 옷을 센서로 바꿔줍니다.

이 기술은 고가의 레이저 장비가 필요하지 않습니다. 파티용 조명과 같은 일반 LED 램프에서 나오는 가시광선만으로도 중합 반응을 유도할 수 있습니다. (사진 제공: Thor Balkhed)

스웨덴 링셰핑 대학교와 룬드 대학교의 연구진은 위험한 화학물질 없이 가시광선을 이용하여 전도성 플라스틱으로 전극을 형성할 수 있음을 입증했습니다. 연구 결과는 이러한 전극을 다양한 표면에 제작할 수 있음을 보여주며, 새로운 유형의 전자 기기 및 의료 센싱 기술 개발에 새로운 가능성을 열어줍니다.

"이것은 획기적인 발전이라고 생각합니다. 값비싼 장비 없이도 더 간단하게 전자 장치를 만들 수 있는 또 다른 방법입니다."라고 린셰핑 대학교 유기 전자 연구소(LOE)의 제노폰 스트라코사스 조교수는 말합니다.

전도성 플라스틱과 전자제품에서의 역할

LOE의 과학자들은 재생 에너지 및 의료 기술과 같은 분야를 발전시키기 위해 전도성 플라스틱, 즉 공액 고분자 연구에 집중하고 있습니다. 이 소재는 금속과 반도체의 기능적 특성과 플라스틱의 유연성 및 경량성을 결합한 것입니다.

고분자는 긴 탄화수소 사슬로 구성됩니다. 사슬의 각 단위를 단량체라고 하며, 이러한 단량체들이 연결되어 고분자가 만들어집니다. 중합이라고 알려진 이 형성 과정은 종종 강하거나 독성이 있는 화학 물질을 사용하여 수행되므로, 규모 확장에 제약이 있을 뿐만 아니라 의학 분야와 같은 특정 분야에서 고분자 소재의 안전한 사용에도 제약이 따릅니다.

가시광선을 이용한 화학물질 없는 중합 공정

노르셰핑 캠퍼스의 연구진은 룬드와 뉴저지의 연구진과 협력하여 가시광선만을 이용하여 중합 반응을 일으킬 수 있는 기술을 개발했습니다. 이 기술은 특수 설계된 수용성 단량체를 기반으로 합니다. 단량체가 가시광선 하에서 활성화되기 때문에 전극을 만드는 데 더 이상 독성 화학물질, 유해한 자외선 또는 추가 공정이 필요하지 않습니다.

"유리, 직물, 심지어 피부와 같은 다양한 표면에 전극을 만들 수 있습니다. 이는 훨씬 더 광범위한 응용 분야를 열어줍니다."라고 크세노폰 스트라코사스는 말합니다.

빛을 직접 이용하여 전극 패턴 형성

실제 사용 시, 단량체를 포함하는 용액을 표면에 도포합니다. 레이저 또는 다른 광원을 재료에 비추면 연구원들은 필요한 위치에 정밀한 패턴으로 전극을 형성할 수 있습니다. 중합 반응이 일어나지 않은 용액 부분은 씻어낼 수 있으며, 완성된 전극만 남게 됩니다.

"이 소재의 전기적 특성이 가장 중요한 요소입니다. 전자와 이온을 모두 전달할 수 있기 때문에 인체와 자연스럽게 상호작용할 수 있으며, 부드러운 화학적 성질 덕분에 조직이 잘 견뎌냅니다. 이러한 조합은 의료 분야에 매우 중요합니다."라고 LOE 연구원이자 과학 저널 ' Angewandte Chemie' 에 게재된 논문의 주저자인 토비아스 아브라함손은 말합니다 .

향상된 뇌 신호 기록 및 향후 응용 분야

연구팀은 마취된 쥐의 피부에 직접 광패터닝 방식으로 전극을 부착하는 방법을 통해 자신들의 접근 방식을 평가했습니다. 이 실험 결과, 기존의 금속 EEG 전극에 비해 저주파 뇌 활동을 훨씬 더 잘 기록할 수 있다는 것을 확인했습니다.

"이 방법은 다양한 표면에 적용 가능하기 때문에 의류에 센서를 내장하는 것도 생각해 볼 수 있습니다. 또한, 이 방법은 위험한 용매 없이 유기 전자 회로를 대규모로 제조하는 데에도 사용될 수 있습니다."라고 토비아스 아브라함손은 말합니다.

가시광선을 이용하면 유해한 화학물질을 전혀 사용하지 않고도 전도성 플라스틱으로 전극을 만들 수 있다는 새로운 연구 결과가 스웨덴 링셰핑 대학교와 룬드 대학교 연구진에 의해 발표되었습니다. 이렇게 만들어진 전극은 다양한 표면에 부착할 수 있어 새로운 유형의 전자 기기 및 의료 센서 개발에 가능성을 열어줍니다.

"이것은 획기적인 발전이라고 생각합니다. 값비싼 장비 없이도 더 간단하게 전자 장치를 만들 수 있는 또 다른 방법입니다."라고 린셰핑 대학교 유기 전자 연구소(LOE)의 제노폰 스트라코사스 조교수는 말합니다.

LOE의 연구원들은 전도성 플라스틱, 즉 공액 고분자를 이용하여 의학 및 신재생 에너지와 같은 분야에서 새로운 기술을 개발하고 있습니다. 공액 고분자는 금속과 반도체의 전기적 특성과 플라스틱의 유연성을 결합한 소재입니다.

고분자는 긴 탄화수소 사슬로 구성됩니다. 사슬의 각 연결 고리를 단량체라고 합니다. 단량체들이 연결되면 고분자가 형성됩니다. 중합이라고 불리는 이 과정은 종종 강력하고 때로는 독성이 있는 화학 물질을 사용하여 수행되므로, 공정 규모 확장 및 의학 분야 등에서의 기술 활용에 제약이 따릅니다.

노르셰핑 캠퍼스 연구진은 룬드와 뉴저지 연구진과 협력하여 가시광선만을 이용하여 중합 반응을 일으킬 수 있는 방법을 개발하는 데 성공했습니다. 이는 연구진이 특별히 개발한 수용성 단량체 덕분에 가능해졌습니다. 따라서 전극을 제작하는 데 독성 화학물질, 유해한 자외선 또는 후속 공정이 필요하지 않습니다.

"유리, 직물, 심지어 피부와 같은 다양한 표면에 전극을 만들 수 있습니다. 이는 훨씬 더 광범위한 응용 분야를 열어줍니다."라고 크세노폰 스트라코사스는 말합니다.

실제로 단량체를 포함하는 용액을 기판 위에 놓을 수 있습니다. 예를 들어 레이저나 다른 광원을 사용하면 표면에 직접 복잡한 패턴의 전극을 만들 수 있습니다. 중합되지 않은 용액은 씻어내면 전극만 남게 됩니다.

"이 소재의 전기적 특성이 가장 중요한 요소입니다. 전자와 이온을 모두 전달할 수 있기 때문에 인체와 자연스럽게 상호작용할 수 있으며, 부드러운 화학적 성질 덕분에 조직이 잘 견뎌냅니다. 이러한 조합은 의료 분야에 매우 중요합니다."라고 LOE 연구원이자 과학 저널 ' Angewandte Chemie' 에 게재된 논문의 주저자인 토비아스 아브라함손은 말합니다 .

연구진은 마취된 쥐의 피부에 직접 광패터닝 방식으로 전극을 부착하여 이 기술을 테스트했습니다. 그 결과, 기존의 금속 EEG 전극에 비해 저주파 뇌 활동 기록이 확연히 향상된 것으로 나타났습니다.

"이 방법은 다양한 표면에 적용 가능하기 때문에 의류에 센서를 내장하는 것도 생각해 볼 수 있습니다. 또한, 이 방법은 위험한 용매 없이 유기 전자 회로를 대규모로 제조하는 데에도 사용될 수 있습니다."라고 토비아스 아브라함손은 말합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/12/251215025317.htm