기초과학연구원, 고신축성·친환경 '전기 통하는 고무’ 개발

기사입력 : 2018년08월14일 00:00

최종수정 : 2018년08월14일 08:04

840%까지 늘어나면서 전도성 높은 생체 친화적 다기능 고무 개발
미래형 웨어러블 디바이스 및 신체삽입형 의료 디바이스 응용성 커

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 높은 신축성과 전도성을 띠면서도 인체에 독성이 없는, 이른바 팔방미인격의 전도성 고무를 만드는 데 성공했다.

이번에 개발한 전도성 고무는 최대 840%까지 늘어나는 기계적 변형에도 안정적으로 전기신호를 전달할 수 있어 다양한 웨어러블 디바이스와 신체 삽입형 의료기기 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.

14일 과학기술정보통신부와 기초과학연구원(IBS·원장 김두철)에 따르면 IBS 나노입자연구단 김대형 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수)과 현택환 단장(서울대 석좌교수) 공동연구진은 여러 기능을 갖춘 전도성 고무(금-은나노복합체, Ag-Au nanocomposite)를 개발했다.

이번 연구결과는 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 온라인판에 이날 게재됐다.

[그림] 금 코팅된 은나노와이어의 합성 : 은나노와이어의 표면에 금을 균일하게 입혔다. 금을 표면에 입힐 경우 산화 반응 등이 일어나지 않아 안정적이다. 연구진은 강력한 산화제(H2O2)를 처리한 결과, 은나노와이어는 산화되었지만(그림 가장 오른쪽 위) 금을 입힌 은나노와이어(그림 가장 오른쪽 아래)는 산화되지 않았음을 실험으로 확인했다. 2018.08.14 [자료=IBS]

연구진은 금(Au)이 입혀진 길이가 긴 은(Ag) 나노 와이어(금-은 나노와이어)와 고무 성분인 ‘SBS(스티렌-부타디엔-스티렌·Styrene-Butadiene-Styrene) 엘라스토머’를 섞어 전도성 금-은(Ag)나노복합체를 만들었다.

엘라스토머는 플라스틱과 고무의 성질을 갖고 있는 합성수지다. SBS 엘라스토머는 스티렌(C8H8)과 부타디엔(C4H6)로 만들어진 열가소성고분자로 열과 압력에 의한 가공이 쉽고 잘 늘어난다.

이번에 개발한 금-은 나노복합체는 기존에 연구된 전도성 고무와 비슷한 전도도 영역에서 최고 840%의 신장력을 기록하고, 기존의 은 나노와이어 복합체 문제였던 독성과 산화현상 문제도 해결했다.

은 나노와이어는 높은 전도성과 안정적인 전기특성으로 각광받았으나 독성으로 인해 활용이 어려웠다. 이번 연구에서 길이가 긴 은(Ag)나노와이어 표면에 손상 없이 균일하게 금을 입혀 생체 독성을 유발시키는 은 이온 유출을 차단해 생체 친화성을 높였다. 또한, 물에 산화되기 쉬운 생체 환경 내에서도 오래 사용할 수 있는 내구성도 갖췄다.

연구진은 금-은나노복합체를 그물 형태로 제작해 실험을 진행했다. 그물 형태의 금-은나노복합체는 돼지의 심장을 감싸 심장 신호의 변화를 모니터링하고, 전기 자극을 주는데 성공했다. 넓은 면적이라 심장 움직임에 전혀 영향을 주지 않으면서도 부정맥 등 심장 이상이 있을 때 효과적으로 전기 자극을 가해 치료를 수행했다.

IBS 연구진은 이번에 개발한 금-은나노복합체가 움직임이 큰 피부 위에서도 안정적으로 전기를 전달할 수 있어 향후 차세대 웨어러블 의료기기 개발에 획기적인 소재로 활용될 것으로 기대된다고 밝혔다.

금-은나노복합체는 피부에서 발생하는 다양한 전기 신호를 측정해 신체 상태를 모니터링 할 수 있다. 금-은나노복합체에 전극과 히터를 내장시키면 전기 자극이나 열 자극을 동시에 구현해 간단한 물리치료가 가능하다. 이때, 자유자재로 늘어나기 때문에 움직임에도 큰 불편함을 주지 않는다는 것도 장점이다.

김대형 IBS 부연구단장은 “이번에 개발한 금-은나노복합체는 고전도성, 고신축성, 생체 친화적이어서 향후 바이오메디컬디바이스 발전에 기여할 것”이라며 “피부에서나 인체 삽입형 의료기기에 모두 활용이 가능할 것”이라고 전망했다.

◆ 연구진이 직접 전하는 연구이야기

기초과학연구원(IBS·원장 김두철) 나노입자연구단 현택환(왼쪽) 단장(서울대 석좌교수)과 김대형(오른쪽) 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수) 공동연구진이 높은 신축성과 전도성을 띠면서도 인체에 독성이 없는 전도성 고무(금-은나노복합체, Ag-Au nanocomposite)를 만드는 데 성공했다. 2018.08.14 [자료=IBS]

- 연구를 시작한 계기나 배경은?

▲ 생체친화적이고 높은 전도성, 그리고 높은 신축성을 갖는 복합체를 만드는 것이 관건이다. 전도도가 매우 높은 은나노와이어의 표면을 금으로 코팅함으로써 높은 전도성과 생체친화성을 극대화시킬 수 있다.

- 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복(해결)했는지?

▲ 기본적으로 은과 금은 전극전위 차이 때문에 섞었을 때 갈바닉 교환반응으로 인해 은이 녹아 나간다. 때문에 갈바닉 교환반응을 억제하면서 금을 은나노와이어 표면에 코팅하는 것이 어려웠다.

또한 금-은나노와이어를 엘라스토머와 섞어 복합체를 만들었을 때 일어나는 상분리 현상의 원인과 결과를 분석하는 데 어려움을 겪어 분석을 하는 데 많은 노력이 필요했다. 다행히 기초과학연구원의 다양한 장비 지원 덕에 그 현상의 원인을 이해할 수 있었다.

- 이번 성과, 무엇이 다른가?

▲ 은나노와이어는 높은 전도도 덕분에 많은 각광을 받으며 많이 사용돼 왔지만 가장 큰 단점이 생체친화성이었다. 이번 연구를 통해 높은 전도도를 갖는 은나노와이어를 독성문제 없이 생체친화적으로 사용할 수 있게 함으로써 새로운 재료를 제시했다.

또한 엘라스토머와 섞어 고무복합체를 만들었을 때 기존에 연구된 전도성 고무 중 비슷한 전도도 영역에서의 최고의 산장력인 840%까지 늘릴 수 있었다. 이러한 고무 복합체는 다양한 웨어러블 또는 인체 삽입형 디바이스로 모두 활용이 가능할 것으로 기대된다.

- 꼭 이루고 싶은 목표와, 향후 연구계획은?

▲ 은의 독성을 더욱 더 줄인 생체친화적이고 전도성과 신축성을 향상시킨 복합체를 개발 중이며, 그물 형태로 제작된 나노복합체를 활용해 질병동물 모델에서 더욱 구체적인 치료효과 검증을 진행 예정이다.

kimys@newspim.com

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[단독] 日 여행객 'K-쌀' 사간다 [세종=뉴스핌] 이정아 기자 = 일본 여행객이 한국을 방문, 한국 쌀을 직접 구매해 들고 나가는 사례가 급증하고 있다. 일본 내 쌀값이 고공행진을 이어가는 가운데 '밥맛 좋은 한국 쌀'이 대체제로 급부상하면서 벌어지는 현상이다. 3일 <뉴스핌>이 입수한 자료에 따르면, 올해 1월부터 6월까지 상반기 동안 일본 여행객이 한국에서 직접 구매해 일본으로 들고 간 국산 쌀은 3만3694kg로 집계됐다. 일본은 지난 2018년부터 휴대식물 반출 시 수출국 검역증을 의무화한 나라로, 병해충과 기생식물 등 식물위생 문제에 매우 엄격하다. 특히 쌀처럼 가공되지 않은 곡류는 검역 과정이 매우 까다롭다. 그럼에도 불구하고 일본 여행객들의 한국산 쌀 열풍은 지속됐다. 지난해 한 해 동안 일본 여행객이 반출한 국산 쌀은 1310kg에 불과했지만, 올해는 상반기에만 무려 25배 이상 급증했다. 같은 기간(2024년 1~6월)으로 비교하면 작년 106kg에서 올해 3만3694kg로 약 318배 증가한 셈이다. 농식품부 관계자는 "일본 여행객들의 '쌀 쇼핑'이 열풍을 불면서 관련 문의가 급증했다"며 "한국쌀이 일본쌀에 비해 맛과 품질이 뒤떨어지지 않는다는 인식이 생기면서 반출되는 양도 많아지고 있다"고 설명했다. 쌀을 화물로 탁송하는 사례도 동반 상승했다. 올해 상반기 기준 화물검역을 통해 일본으로 수출된 국산 쌀은 43만1020kg에 달한다. 지난해 화물 검역 실적이 1.2kg에 그쳤던 것과 비교하면 폭증 상태다. 업계에서는 이번 흐름이 국산 쌀에 대한 일시적 특수로 끝나지 않고 국내에서 정체된 쌀 소비의 새로운 돌파구가 될 수 있을 것으로 내다보고 있다. 임정빈 서울대 농경제학과 교수는 "일본에서 쌀 가격이 두 배 이상 올랐으니 한국에 와서라도 쌀을 구매하는 여행객이 늘어난 것"이라고 짚었다. 이어 "다만 일본의 쌀 관세율이 매우 높기 때문에 한국 쌀의 가격만 보지는 않았을 것"이라며 "국산 쌀의 품질이 높기 때문에 이 부분에서도 합격점이 있을 것"이라고 평가했다. [영종도=뉴스핌] 윤창빈 기자 = 11일 오전 인천국제공항 제1터미널에 중국발 여행객들이 입국하고 있다. 2023.03.11 pangbin@newspim.com 정부 역시 이같은 수요에 대응해 일본 관광객을 대상으로 검역제도 안내·홍보에 나서기로 했다. 현재는 농림축산검역본부를 통한 사전신청, 수출검역, 식물검역증 발급, 일본 통관까지 최소 3단계 이상이 요구된다. 다만 한국 쌀을 일본으로 반출할 때 한국에서 식물검역증을 발급받아야 한다는 사실을 모르는 일본 관광객이 일본에 돌아가 쌀을 폐기하는 일이 생기면서 홍보의 필요성이 대두됐다. 농식품부 고위 관계자는 "지난달 오사카 엑스포 현장 방문을 계기로 일본 농림수산성과 예방할 기회가 주어졌는데 그 자리에서 쌀 검역 문제가 논의됐다"며 "한국 정부는 일본 여행객이 애써 한국 쌀을 구매한 뒤 일본으로 돌아가 폐기하는 일이 없도록 제도 홍보에 만전을 기하겠다"고 전했다. plum@newspim.com 2025-07-03 11:10

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