차세대 생체전자인터페이스용 고성능 소자 개발

GIST, 신규 유기물 혼합형 전도체(OMIEC) 개발

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구팀이 국제공동연구를 통해 차세대 생체전자인터페이스 소자로 주목받는 인체 이식형 전자소자의 성능과 안정성을 높이는데 성공했다.

광주과학기술원(GIST)은 윤명한 신소재공학부 교수 연구팀이 임페리얼 칼리지 런던(ICL) 마틴 히니 교수와 공동으로 신규 유기물 혼합형 전도체(OMIEC)를 개발하고 분자구조 형상 제어가 유기물 전기화학 트랜지스터의 전기적·전기화학적 성능 향상에 미치는 영향을 규명했다고 9일 밝혔다.

유기물 혼합형 전도체는 전해질 내에서 이온 전도성와 전기 전도성을 동시에 갖는 재료로, 생체전기신호와 고체상 전기전자신호를 효과적으로 연계할 수 있는 생체이식형 전자소자의 활성층으로 최근 크게 각광받고 있다. 특히 유기물 전기화학 트랜지스터는 생체 내 환경과 유사한 전해질 내에서 구동이 가능해 뇌, 심장, 근육 등 생체 내 전기적 신호를 증폭 및 스위칭할 수 있는 헬스케어소자 응용 관련 다수의 연구가 활발히 진행되고 있다.

연구팀이 새롭게 합성한 두 혼합형 전도체는 분자구조내의 황-산소, 황-플루오르 간 비공유결합을 이용해 분자 형상을 선형과 곡선형으로 각각 제어했다. 또 분자구조의 형상이 전기적·전기화학적 특성에 미치는 영향을 실험과 계산이론을 통해 분석했다.

선형 재료는 분자간 높은 결정성을 유도할 수 있어 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반면, 이온이 투과할 수 있는 영역이 제한되어 전기화학적 특성의 감소를 보였으며, 곡선형 재료의 경우 정 반대의 양상이 관찰됐다. 도너-억셉터 구조가 반복되는 분자구조를 통해 에너지 준위를 제어함으로써 누적형 트랜지스터 채널로 적용돼 효과적인 소자점멸 스위칭 및 높은 전기화학적 안정화가 가능함을 실험적으로 확인했다.

윤 교수는 “이번 연구는 차세대 생체전자인터페이스 소자로 손꼽히는 유기물 전기화학 트랜지스터 활성층용 신소재 개발의 방향성을 제시한 결과라는데 의의가 있다”면서 “전기적 특성과 전기화학적 특성간의 트레이드 오프(trade-off)를 극복해 고성능·고효율 생체전자소자 구현에 크게 이바지할 것으로 기대한다”고 말했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr