초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

초박막형 무선 웨어러블 센서 기술로 건강 모니터링의 새로운 장 열리다 - 고가의 측정 장비 없이 빛만으로 바이오마커 농도 정량화 성공 - 바이오마커 모니터링을 위한 차세대 초박막형 무선 웨어러블 센서 기술 이용자의 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하는 것이 중요하고, 이를 위한 무선 통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존의 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 (두께 마이크로미터 수준, 머리카락 두께의 10분의 1) 기기 구현이 어려웠다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사(센터장) 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용하여 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 구현 및 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다. 연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한, 바이오마커의 농도를 고가의 측정 장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다. 이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한, 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다. KIST 이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다.”라고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업, 한국연구재단 나노소재기술개발사업 (2021M3H4A1A04092879), 바이오의료기술개발사업 (2022M3E5E9016506), STEAM연구사업 (RS-2023-00302145), 중견연구자지원사업 (2021R1A2B5B03001691), 정보통신기획평가원 전파산업핵심기술개발사업 (2022-0-00208)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Nature Electronics」 (IF 33.4, JCR 분야 0.3%)에 최신 호에 게재됐다. * (논문명) An ultrathin organic-inorganic integrated device for optical biomarker monitoring [그림 1] 무선 광학 모니터링 시스템의 개략도 (가) 딱딱한 집적 회로 칩들과 PCB 기판이 필요한 기존의 무선 통신 시스템의 모식도. (나) 초박막 기판 위에 제작된 무선 광학 통신 시스템의 모식도. (다) 근적외선 μLED의 현미경 사진. (스케일바: 200 μm) (라) OECT 의 현미경 사진. (스케일바: 500 μm) (마) 압축된 상태의 통합 장치의 사진. (바) 통합 장치의 작동. μLED의 조도는 바이오마커의 농도에 따라 변함. [그림 2] 무선 광학 모니터링 시스템의 바이오마커 분석 (가) 팔 모형 위에 부착된 무선 광학 모니터링 시스템의 근적외선 사진. (스케일바: 1 cm) (나) 저농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (다) 고농도의 바이오마커에서 작동하는 장치의 확대된 근적외선 사진. (스케일바: 500 μm) (라) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 회색값. (마) 바이오마커의 농도에 따른 근적외선 이미지의 정규화된 반응. (바) 저농도와 고농도의 바이오마커 사이의 회색값과 반치폭의 비교. [그림 3] 웨어러블 땀 패치 (가) 웨어러블 패치의 개략도. (나) 피시험자의 팔에 붙어있는 웨어러블 패치의 사진. (스케일바: 3cm) (다) 식사 전후에 웨어러블 패치, 포도당 측정 키트, 상용 혈당 측정기로 측정한 포도당 농도의 비교. (N=5, 오차 막대는 표준 편차를 의미함)

나무와 풀로 만든 항공유, 항공 산업 탄소 감축 이끈다. - 식물 자원을 활용한 지속가능 항공유 개발 및 장시간 연속 운전 기술 확보 식물 원료 항공유의 상업화 연구를 통해 항공산업의 친환경 전환에 기여 2027년 항공 분야 온실가스 의무 감축 시행에 따라 항공업계에서는 폐식용유, 팜유 등으로부터 얻어지는 지속가능 항공유(SAF, Sustainable Aviation Fuel) 도입을 적극적으로 검토하고 있다. 그러나 기존 지속가능 항공유는 식량 자원으로부터 유래된 항공연료로, 석유 항공유의 일부 성분만 대체할 수 있어 이를 항공기에 실제 사용하기 위해서는 석유와 혼합해야 하는 한계가 있다. 또한, 원료 확보가 어려워 2023년 지속가능 항공유 생산량이 전체 항공유 생산량의 0.2%에 불과하다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 청정에너지연구센터 하정명 박사, 유천재 박사 연구팀은 목재 등 식물 원료를 사용해 석유 항공유와 가장 유사한 성분을 지니는 차세대 지속가능 항공유를 개발했다고 밝혔다. 차세대 지속가능 항공유는 식물 원료를 포함한 다양한 원료와 기술로 생산되는 항공유로, 식량 자원 중심의 기존 지속가능 항공유의 한계를 극복하기 위한 대안으로 떠올라 활발히 연구되고 있다. 연구팀은 나무와 풀과 같은 비식용 식물 자원을 분해해 얻은 오일을 기반으로 탈산소 및 중합 반응을 통해 고에너지 성분이 포함된 지속가능 항공유를 생산하는 데 성공했다. 석유 항공유 성분 중 50%를 차지하는 파라핀만을 포함하는 기존 지속가능 항공유와는 달리 나프텐, 방향족 등의 대부분의 고에너지 성분이 포함돼 있는 것을 확인했다. 또한, 연구팀은 차세대 지속가능 항공유 생산공정을 100시간 이상 연속 운전을 통해 상업화로의 연계 가능성을 높였다. 이는 항공유에 필요한 높은 열량의 고에너지 연료 성분 생산 기술을 단순히 실험실에서 확인하는 것이 아니라 실제 산업 현장에서 대량 생산이 가능한 기술적 기반을 마련한 것이다. 이번 연구는 항공산업이 온실가스 감축 규제에 효과적으로 대응할 수 있는 가능성을 열었다. 특히, 넓은 경작지가 필요한 식용유 등 식량 자원 기반의 기존 지속가능 항공유와 달리 비식용 식물 원료 기반 항공유는 폐가구, 농업‧임업 폐기물 등에서 원료를 수월하게 확보할 수 있어 가격경쟁력까지 갖추게 될 전망이다. 연구팀은 비식용 식물 원료 항공유의 상업화를 위해 현재 확보된 연속 운전 기술을 파일럿 규모에서 실증하고 상용 공정을 위한 대규모 스케일업 연구를 지속할 예정이다. KIST 하정명 박사는 “지속가능 항공유는 일반 석유 항공유 대비 탄소배출량을 80%까지 줄일 수 있다”라며 “이번 기술은 나무나 풀 같은 비식량 자원도 항공유 생산에 활용할 수 있어 기존 식용 원료에 집중됐던 연료 자원의 활용 범위를 넓혔다. 향후 차세대 지속가능 항공유의 상용 공정 기술을 빠르게 확보해 글로벌 경쟁력을 선도하겠다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요사업 및 기후변화대응기술개발사업(NRF-2020M1A2A2079798), 환경부(장관 김완섭) 플라즈마 활용 폐유기물 고부가가치 기초원료화 사업(2022003650001)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제학술지 「Energy Conversion and Management」 (IF 9.8, JCR 분야 1.5%)에 게재됐다. * 논문명 : Production of high-carbon-number naphthenes for bio-aviation fuel [그림 1] 나무, 풀로부터 차세대 지속가능 바이오항공유 생산 기존의 지속가능 바이오항공유가 석유 항공유의 일부 성분만을 생산할 수 있는데 비해, 본 연구에서 생산되는 바이오항공유는 석유 항공유 전성분을 생산하는데 기여할 수 있다. [그림 2] 나무, 풀 등으로부터 생산된 바이오항공유 추출 과정 다양한 분해 반응으로 목재, 풀, 폐기물등으로부터 분해 오일을 얻고 이로부터 촉매 반응을 통해 항공유로 적합한 나프텐 등을 포함하는 차세대 지속가능 항공유를 생산함. 이는 파라핀을 포함하는 기존 지속가능 항공유와 혼합하면 석유 항공유를 완전히 대체할 수 있음. [그림 3] 나무, 풀 등으로부터 생산된 바이오항공유 반응 공정 운전후 회수된 바이오항공유