두개골 손상없이 초미세 뇌파 측정 가능한 신소재 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용한 전도성 대면적 나노매쉬 형성 기법 - 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 시장 활용 가능 뇌, 심장, 근육 등에서 나오는 생체 신호는 건강 상태를 모니터링하는데 중요한 정보를 제공한다. 국내 연구진이 나노물질과 바이오 물질을 결합해 생체를 손상시키지 않으면서 생체 신호 감지 효과는 큰 신소재를 개발했다. 뇌파는 신호가 약한 생체 신호의 대표적인 사례로 그동안 두개골을 잘라 센서를 부착해 신호를 측정해왔다. 연구진이 개발한 신소재를 소자에 부착해 생쥐의 뇌파를 측정한 결과 두개골을 손상시키지 않고도 기존 소자보다 4배 이상 효과가 뛰어난 것을 확인했다. 이렇게 개발된 소자는 휘어지는 기판에서도 잘 구현되어 웨어러블 전자 기기를 활용한 의료 시장에 널리 활용될 수 있을 전망이다. o 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 주도하고 신경과학연구단 최지현 박사, 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 연구팀이 공동으로 참여하여 “바이오 물질과 결합한 단겹탄소나노튜브기반 대면적 나노매쉬 형성 기법을 개발했다”고 밝혔다. 뇌, 심장, 근육 등 이온 생체 내에서의 신호 전달은 대개 이온 등의 형태로 정보가 전달된다. 이러한 이온 형태의 정보를 전자소자를 이용하여 분석하기 위해서는 이온신호를 전기적인 신호로 바꾸는 것이 필요하다. 생체와 전자의 상호작용을 통한 효과적 전자소자를 개발하기 위해서는 전기 전도도가 높아야 할 뿐만 아니라 이온 혹은 생체물질과 잘 접촉할 수 있는 나노 구조의 형성이 중요하다. 또한 생체의 특성상 유연한 소자가 기계적 움직임을 구동할 수 있어야 하고, 생체 손상을 최소화 할 수 있는 비침습적 모니터링 기술이 필요하다. 이현정 박사팀은 나노전자소재와 바이오 물질을 이용하여 약한 생체신호도 감지할 수 있는 그물망 구조의 나노매쉬형 나노바이오융합 신소재를 개발했다. 이러한 나노매쉬형 전극은 나노수준으로 제어된 구조를 바탕으로 기존 전극보다 생체 접촉 저항을 7배 이상으로 낮추어 생체에 직접 활용하기 좋고, 다양한 형태의 유연 기판과의 접촉성도 우수하여 건강모니터링 스마트 패치나 밴드 등 스마트 웨어러블 소자에 핵심소재로 적용이 가능하다. o 1차원 구조를 가진 단겹탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 지니고 있어서 이들을 침투 구조로 구현하여 유연 전자소자, 뇌 전극, 및 에너지 소자 등에 응용하기 위하여 많은 연구자들이 노력하여 왔다. 전도성 물질이자 1차원인 단겹탄소나노튜브가 침투 구조(percolating structure)를 가지는 경우 이온과 상호작용을 잘 할 수 있고, 그 효과가 극대화 될 수 있다. 그러나 단겹탄소나노튜브는 서로 달라붙는 성질이 있어서 공정이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 또한 유연 소자에 적용하기 위해서는 형성된 물질을 원하는 기판에 옮겨야 하는데 이를 위해서는 복잡한 공정과 독한 화학물질들을 사용해야 했다. 따라서 적용할 수 있는 물질에 제한이 있었다. o 연구팀은 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질 P8GB#1을 찾아내고, 찾아낸 바이오 물질을 계면활성제로 분산된 단겹탄소나노물질과 혼합하여 투석을 진행하였다. 계면 활성제로 분산된 단겹탄소나노물질을 물속에서 투석하면 농도 차이로 반투과멤브레인 근처에서 계면활성제의 농도가 낮아져서 나노 물질이 엉키는 현상이 생기는데 연구팀은 이를 역으로 이용한 것이다. o 투석이 진행되는 동안 멤브레인 근처에서만 바이오 물질과 단겹탄소나노튜브가 결합하게 되고 대면적의 나노매쉬가 형성됨을 증명했다. 바이오 물질이 나노구조를 제어하는 동시에 단겹탄소나노튜브와의 안정적인 결합을 유도하여 나노매쉬가 대면적으로 형성되는데 중요한 역할을 하는 것이다. □ 연구팀은 개발한 신소재를 적용해 ‘고집적 유연뇌전극’을 만들고 이를 활용해 생쥐의 고주파뇌파를 측정했다. 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호는 뇌 과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 두개골을 뚫고 전극을 삽입하는 형태로 측정해 왔다. 연구팀의 전극은 두개골을 침습하지 않고 두개골상에 전극을 붙여 신호를 측정했고, 그 결과 기존 전극보다 고주파뇌파를 4배 이상 잘 감지하는 것을 확인하였다. □ 연구진이 개발한 방법을 이용하면 공정이 간단하면서도 나노매쉬를 대면적으로 구현할 수 있으며, 수용액 내에서 형성되므로 나노매쉬의 화학적인 분리 과정이 필요 없게 되어 바이오 물질 및 화학공정에 취약한 기판에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. □ 개발한 신소재는 헬스케어용 웨어러블 전자소자와 유연바이오센서에 핵심소재로 사용할 수 있고 스트레쳐블 투명 전극, 유연에너지 저장 및 변환 소자 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 2월 4(수)일자에 게재되었다. * (논문명) Hydrodynamic Assembly of Conductive Nanomesh of Single-Walled Carbon Nanotubes using Biological Glue - (제1저자) 한국과학기술연구원 이기영 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 KIST 이현정 박사 <그림 1> 전도성 나노매쉬의 형성 원리 및 구성 물질. a 투석 과정에서 형성되는 농도분극을 대략적으로 나타내는 그림. b 나노 전자소재인 단겹탄소나노튜브 (SWNT)와 이와 특이적으로 결합하는 바이오 물질(P8GB#1, biological glue). c 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질을 농도분극현상과 결합하여 전도성 나노매쉬를 형성하는 방법 <그림2> a 대면적으로 형성된 나노매쉬 이미지와 b,c 나노매쉬의 나노구조 및 그 개략도, 바이오물질은 나노매쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노매쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. <그림3> 전도성 나노매쉬를 적용한 고집적 유연뇌전극(a)을 사용하여 쥐의 뇌신호를 비침습적으로 측정한 결과, 생체 접촉저항을 7배 이상 낮추고(c) 뇌과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 침습적인 형태로 연구되어 왔던 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호를 4배 이상 잘 감지하는 것(d)을 확인하였다. w/는 나노매쉬를 적용한 전극, w/o는 나노매쉬를 적용하지 않은 일반 전극을 나타낸다.

두개골 손상없이 초미세 뇌파 측정 가능한 신소재 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용한 전도성 대면적 나노매쉬 형성 기법 - 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 시장 활용 가능 뇌, 심장, 근육 등에서 나오는 생체 신호는 건강 상태를 모니터링하는데 중요한 정보를 제공한다. 국내 연구진이 나노물질과 바이오 물질을 결합해 생체를 손상시키지 않으면서 생체 신호 감지 효과는 큰 신소재를 개발했다. 뇌파는 신호가 약한 생체 신호의 대표적인 사례로 그동안 두개골을 잘라 센서를 부착해 신호를 측정해왔다. 연구진이 개발한 신소재를 소자에 부착해 생쥐의 뇌파를 측정한 결과 두개골을 손상시키지 않고도 기존 소자보다 4배 이상 효과가 뛰어난 것을 확인했다. 이렇게 개발된 소자는 휘어지는 기판에서도 잘 구현되어 웨어러블 전자 기기를 활용한 의료 시장에 널리 활용될 수 있을 전망이다. o 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 주도하고 신경과학연구단 최지현 박사, 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 연구팀이 공동으로 참여하여 “바이오 물질과 결합한 단겹탄소나노튜브기반 대면적 나노매쉬 형성 기법을 개발했다”고 밝혔다. 뇌, 심장, 근육 등 이온 생체 내에서의 신호 전달은 대개 이온 등의 형태로 정보가 전달된다. 이러한 이온 형태의 정보를 전자소자를 이용하여 분석하기 위해서는 이온신호를 전기적인 신호로 바꾸는 것이 필요하다. 생체와 전자의 상호작용을 통한 효과적 전자소자를 개발하기 위해서는 전기 전도도가 높아야 할 뿐만 아니라 이온 혹은 생체물질과 잘 접촉할 수 있는 나노 구조의 형성이 중요하다. 또한 생체의 특성상 유연한 소자가 기계적 움직임을 구동할 수 있어야 하고, 생체 손상을 최소화 할 수 있는 비침습적 모니터링 기술이 필요하다. 이현정 박사팀은 나노전자소재와 바이오 물질을 이용하여 약한 생체신호도 감지할 수 있는 그물망 구조의 나노매쉬형 나노바이오융합 신소재를 개발했다. 이러한 나노매쉬형 전극은 나노수준으로 제어된 구조를 바탕으로 기존 전극보다 생체 접촉 저항을 7배 이상으로 낮추어 생체에 직접 활용하기 좋고, 다양한 형태의 유연 기판과의 접촉성도 우수하여 건강모니터링 스마트 패치나 밴드 등 스마트 웨어러블 소자에 핵심소재로 적용이 가능하다. o 1차원 구조를 가진 단겹탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 지니고 있어서 이들을 침투 구조로 구현하여 유연 전자소자, 뇌 전극, 및 에너지 소자 등에 응용하기 위하여 많은 연구자들이 노력하여 왔다. 전도성 물질이자 1차원인 단겹탄소나노튜브가 침투 구조(percolating structure)를 가지는 경우 이온과 상호작용을 잘 할 수 있고, 그 효과가 극대화 될 수 있다. 그러나 단겹탄소나노튜브는 서로 달라붙는 성질이 있어서 공정이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 또한 유연 소자에 적용하기 위해서는 형성된 물질을 원하는 기판에 옮겨야 하는데 이를 위해서는 복잡한 공정과 독한 화학물질들을 사용해야 했다. 따라서 적용할 수 있는 물질에 제한이 있었다. o 연구팀은 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질 P8GB#1을 찾아내고, 찾아낸 바이오 물질을 계면활성제로 분산된 단겹탄소나노물질과 혼합하여 투석을 진행하였다. 계면 활성제로 분산된 단겹탄소나노물질을 물속에서 투석하면 농도 차이로 반투과멤브레인 근처에서 계면활성제의 농도가 낮아져서 나노 물질이 엉키는 현상이 생기는데 연구팀은 이를 역으로 이용한 것이다. o 투석이 진행되는 동안 멤브레인 근처에서만 바이오 물질과 단겹탄소나노튜브가 결합하게 되고 대면적의 나노매쉬가 형성됨을 증명했다. 바이오 물질이 나노구조를 제어하는 동시에 단겹탄소나노튜브와의 안정적인 결합을 유도하여 나노매쉬가 대면적으로 형성되는데 중요한 역할을 하는 것이다. □ 연구팀은 개발한 신소재를 적용해 ‘고집적 유연뇌전극’을 만들고 이를 활용해 생쥐의 고주파뇌파를 측정했다. 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호는 뇌 과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 두개골을 뚫고 전극을 삽입하는 형태로 측정해 왔다. 연구팀의 전극은 두개골을 침습하지 않고 두개골상에 전극을 붙여 신호를 측정했고, 그 결과 기존 전극보다 고주파뇌파를 4배 이상 잘 감지하는 것을 확인하였다. □ 연구진이 개발한 방법을 이용하면 공정이 간단하면서도 나노매쉬를 대면적으로 구현할 수 있으며, 수용액 내에서 형성되므로 나노매쉬의 화학적인 분리 과정이 필요 없게 되어 바이오 물질 및 화학공정에 취약한 기판에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. □ 개발한 신소재는 헬스케어용 웨어러블 전자소자와 유연바이오센서에 핵심소재로 사용할 수 있고 스트레쳐블 투명 전극, 유연에너지 저장 및 변환 소자 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 2월 4(수)일자에 게재되었다. * (논문명) Hydrodynamic Assembly of Conductive Nanomesh of Single-Walled Carbon Nanotubes using Biological Glue - (제1저자) 한국과학기술연구원 이기영 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 KIST 이현정 박사 <그림 1> 전도성 나노매쉬의 형성 원리 및 구성 물질. a 투석 과정에서 형성되는 농도분극을 대략적으로 나타내는 그림. b 나노 전자소재인 단겹탄소나노튜브 (SWNT)와 이와 특이적으로 결합하는 바이오 물질(P8GB#1, biological glue). c 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질을 농도분극현상과 결합하여 전도성 나노매쉬를 형성하는 방법 <그림2> a 대면적으로 형성된 나노매쉬 이미지와 b,c 나노매쉬의 나노구조 및 그 개략도, 바이오물질은 나노매쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노매쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. <그림3> 전도성 나노매쉬를 적용한 고집적 유연뇌전극(a)을 사용하여 쥐의 뇌신호를 비침습적으로 측정한 결과, 생체 접촉저항을 7배 이상 낮추고(c) 뇌과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 침습적인 형태로 연구되어 왔던 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호를 4배 이상 잘 감지하는 것(d)을 확인하였다. w/는 나노매쉬를 적용한 전극, w/o는 나노매쉬를 적용하지 않은 일반 전극을 나타낸다.

두개골 손상없이 초미세 뇌파 측정 가능한 신소재 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용한 전도성 대면적 나노매쉬 형성 기법 - 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 시장 활용 가능 뇌, 심장, 근육 등에서 나오는 생체 신호는 건강 상태를 모니터링하는데 중요한 정보를 제공한다. 국내 연구진이 나노물질과 바이오 물질을 결합해 생체를 손상시키지 않으면서 생체 신호 감지 효과는 큰 신소재를 개발했다. 뇌파는 신호가 약한 생체 신호의 대표적인 사례로 그동안 두개골을 잘라 센서를 부착해 신호를 측정해왔다. 연구진이 개발한 신소재를 소자에 부착해 생쥐의 뇌파를 측정한 결과 두개골을 손상시키지 않고도 기존 소자보다 4배 이상 효과가 뛰어난 것을 확인했다. 이렇게 개발된 소자는 휘어지는 기판에서도 잘 구현되어 웨어러블 전자 기기를 활용한 의료 시장에 널리 활용될 수 있을 전망이다. o 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 주도하고 신경과학연구단 최지현 박사, 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 연구팀이 공동으로 참여하여 “바이오 물질과 결합한 단겹탄소나노튜브기반 대면적 나노매쉬 형성 기법을 개발했다”고 밝혔다. 뇌, 심장, 근육 등 이온 생체 내에서의 신호 전달은 대개 이온 등의 형태로 정보가 전달된다. 이러한 이온 형태의 정보를 전자소자를 이용하여 분석하기 위해서는 이온신호를 전기적인 신호로 바꾸는 것이 필요하다. 생체와 전자의 상호작용을 통한 효과적 전자소자를 개발하기 위해서는 전기 전도도가 높아야 할 뿐만 아니라 이온 혹은 생체물질과 잘 접촉할 수 있는 나노 구조의 형성이 중요하다. 또한 생체의 특성상 유연한 소자가 기계적 움직임을 구동할 수 있어야 하고, 생체 손상을 최소화 할 수 있는 비침습적 모니터링 기술이 필요하다. 이현정 박사팀은 나노전자소재와 바이오 물질을 이용하여 약한 생체신호도 감지할 수 있는 그물망 구조의 나노매쉬형 나노바이오융합 신소재를 개발했다. 이러한 나노매쉬형 전극은 나노수준으로 제어된 구조를 바탕으로 기존 전극보다 생체 접촉 저항을 7배 이상으로 낮추어 생체에 직접 활용하기 좋고, 다양한 형태의 유연 기판과의 접촉성도 우수하여 건강모니터링 스마트 패치나 밴드 등 스마트 웨어러블 소자에 핵심소재로 적용이 가능하다. o 1차원 구조를 가진 단겹탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 지니고 있어서 이들을 침투 구조로 구현하여 유연 전자소자, 뇌 전극, 및 에너지 소자 등에 응용하기 위하여 많은 연구자들이 노력하여 왔다. 전도성 물질이자 1차원인 단겹탄소나노튜브가 침투 구조(percolating structure)를 가지는 경우 이온과 상호작용을 잘 할 수 있고, 그 효과가 극대화 될 수 있다. 그러나 단겹탄소나노튜브는 서로 달라붙는 성질이 있어서 공정이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 또한 유연 소자에 적용하기 위해서는 형성된 물질을 원하는 기판에 옮겨야 하는데 이를 위해서는 복잡한 공정과 독한 화학물질들을 사용해야 했다. 따라서 적용할 수 있는 물질에 제한이 있었다. o 연구팀은 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질 P8GB#1을 찾아내고, 찾아낸 바이오 물질을 계면활성제로 분산된 단겹탄소나노물질과 혼합하여 투석을 진행하였다. 계면 활성제로 분산된 단겹탄소나노물질을 물속에서 투석하면 농도 차이로 반투과멤브레인 근처에서 계면활성제의 농도가 낮아져서 나노 물질이 엉키는 현상이 생기는데 연구팀은 이를 역으로 이용한 것이다. o 투석이 진행되는 동안 멤브레인 근처에서만 바이오 물질과 단겹탄소나노튜브가 결합하게 되고 대면적의 나노매쉬가 형성됨을 증명했다. 바이오 물질이 나노구조를 제어하는 동시에 단겹탄소나노튜브와의 안정적인 결합을 유도하여 나노매쉬가 대면적으로 형성되는데 중요한 역할을 하는 것이다. □ 연구팀은 개발한 신소재를 적용해 ‘고집적 유연뇌전극’을 만들고 이를 활용해 생쥐의 고주파뇌파를 측정했다. 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호는 뇌 과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 두개골을 뚫고 전극을 삽입하는 형태로 측정해 왔다. 연구팀의 전극은 두개골을 침습하지 않고 두개골상에 전극을 붙여 신호를 측정했고, 그 결과 기존 전극보다 고주파뇌파를 4배 이상 잘 감지하는 것을 확인하였다. □ 연구진이 개발한 방법을 이용하면 공정이 간단하면서도 나노매쉬를 대면적으로 구현할 수 있으며, 수용액 내에서 형성되므로 나노매쉬의 화학적인 분리 과정이 필요 없게 되어 바이오 물질 및 화학공정에 취약한 기판에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. □ 개발한 신소재는 헬스케어용 웨어러블 전자소자와 유연바이오센서에 핵심소재로 사용할 수 있고 스트레쳐블 투명 전극, 유연에너지 저장 및 변환 소자 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 2월 4(수)일자에 게재되었다. * (논문명) Hydrodynamic Assembly of Conductive Nanomesh of Single-Walled Carbon Nanotubes using Biological Glue - (제1저자) 한국과학기술연구원 이기영 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 KIST 이현정 박사 <그림 1> 전도성 나노매쉬의 형성 원리 및 구성 물질. a 투석 과정에서 형성되는 농도분극을 대략적으로 나타내는 그림. b 나노 전자소재인 단겹탄소나노튜브 (SWNT)와 이와 특이적으로 결합하는 바이오 물질(P8GB#1, biological glue). c 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질을 농도분극현상과 결합하여 전도성 나노매쉬를 형성하는 방법 <그림2> a 대면적으로 형성된 나노매쉬 이미지와 b,c 나노매쉬의 나노구조 및 그 개략도, 바이오물질은 나노매쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노매쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. <그림3> 전도성 나노매쉬를 적용한 고집적 유연뇌전극(a)을 사용하여 쥐의 뇌신호를 비침습적으로 측정한 결과, 생체 접촉저항을 7배 이상 낮추고(c) 뇌과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 침습적인 형태로 연구되어 왔던 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호를 4배 이상 잘 감지하는 것(d)을 확인하였다. w/는 나노매쉬를 적용한 전극, w/o는 나노매쉬를 적용하지 않은 일반 전극을 나타낸다.

두개골 손상없이 초미세 뇌파 측정 가능한 신소재 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용한 전도성 대면적 나노매쉬 형성 기법 - 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 시장 활용 가능 뇌, 심장, 근육 등에서 나오는 생체 신호는 건강 상태를 모니터링하는데 중요한 정보를 제공한다. 국내 연구진이 나노물질과 바이오 물질을 결합해 생체를 손상시키지 않으면서 생체 신호 감지 효과는 큰 신소재를 개발했다. 뇌파는 신호가 약한 생체 신호의 대표적인 사례로 그동안 두개골을 잘라 센서를 부착해 신호를 측정해왔다. 연구진이 개발한 신소재를 소자에 부착해 생쥐의 뇌파를 측정한 결과 두개골을 손상시키지 않고도 기존 소자보다 4배 이상 효과가 뛰어난 것을 확인했다. 이렇게 개발된 소자는 휘어지는 기판에서도 잘 구현되어 웨어러블 전자 기기를 활용한 의료 시장에 널리 활용될 수 있을 전망이다. o 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 주도하고 신경과학연구단 최지현 박사, 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 연구팀이 공동으로 참여하여 “바이오 물질과 결합한 단겹탄소나노튜브기반 대면적 나노매쉬 형성 기법을 개발했다”고 밝혔다. 뇌, 심장, 근육 등 이온 생체 내에서의 신호 전달은 대개 이온 등의 형태로 정보가 전달된다. 이러한 이온 형태의 정보를 전자소자를 이용하여 분석하기 위해서는 이온신호를 전기적인 신호로 바꾸는 것이 필요하다. 생체와 전자의 상호작용을 통한 효과적 전자소자를 개발하기 위해서는 전기 전도도가 높아야 할 뿐만 아니라 이온 혹은 생체물질과 잘 접촉할 수 있는 나노 구조의 형성이 중요하다. 또한 생체의 특성상 유연한 소자가 기계적 움직임을 구동할 수 있어야 하고, 생체 손상을 최소화 할 수 있는 비침습적 모니터링 기술이 필요하다. 이현정 박사팀은 나노전자소재와 바이오 물질을 이용하여 약한 생체신호도 감지할 수 있는 그물망 구조의 나노매쉬형 나노바이오융합 신소재를 개발했다. 이러한 나노매쉬형 전극은 나노수준으로 제어된 구조를 바탕으로 기존 전극보다 생체 접촉 저항을 7배 이상으로 낮추어 생체에 직접 활용하기 좋고, 다양한 형태의 유연 기판과의 접촉성도 우수하여 건강모니터링 스마트 패치나 밴드 등 스마트 웨어러블 소자에 핵심소재로 적용이 가능하다. o 1차원 구조를 가진 단겹탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 지니고 있어서 이들을 침투 구조로 구현하여 유연 전자소자, 뇌 전극, 및 에너지 소자 등에 응용하기 위하여 많은 연구자들이 노력하여 왔다. 전도성 물질이자 1차원인 단겹탄소나노튜브가 침투 구조(percolating structure)를 가지는 경우 이온과 상호작용을 잘 할 수 있고, 그 효과가 극대화 될 수 있다. 그러나 단겹탄소나노튜브는 서로 달라붙는 성질이 있어서 공정이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 또한 유연 소자에 적용하기 위해서는 형성된 물질을 원하는 기판에 옮겨야 하는데 이를 위해서는 복잡한 공정과 독한 화학물질들을 사용해야 했다. 따라서 적용할 수 있는 물질에 제한이 있었다. o 연구팀은 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질 P8GB#1을 찾아내고, 찾아낸 바이오 물질을 계면활성제로 분산된 단겹탄소나노물질과 혼합하여 투석을 진행하였다. 계면 활성제로 분산된 단겹탄소나노물질을 물속에서 투석하면 농도 차이로 반투과멤브레인 근처에서 계면활성제의 농도가 낮아져서 나노 물질이 엉키는 현상이 생기는데 연구팀은 이를 역으로 이용한 것이다. o 투석이 진행되는 동안 멤브레인 근처에서만 바이오 물질과 단겹탄소나노튜브가 결합하게 되고 대면적의 나노매쉬가 형성됨을 증명했다. 바이오 물질이 나노구조를 제어하는 동시에 단겹탄소나노튜브와의 안정적인 결합을 유도하여 나노매쉬가 대면적으로 형성되는데 중요한 역할을 하는 것이다. □ 연구팀은 개발한 신소재를 적용해 ‘고집적 유연뇌전극’을 만들고 이를 활용해 생쥐의 고주파뇌파를 측정했다. 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호는 뇌 과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 두개골을 뚫고 전극을 삽입하는 형태로 측정해 왔다. 연구팀의 전극은 두개골을 침습하지 않고 두개골상에 전극을 붙여 신호를 측정했고, 그 결과 기존 전극보다 고주파뇌파를 4배 이상 잘 감지하는 것을 확인하였다. □ 연구진이 개발한 방법을 이용하면 공정이 간단하면서도 나노매쉬를 대면적으로 구현할 수 있으며, 수용액 내에서 형성되므로 나노매쉬의 화학적인 분리 과정이 필요 없게 되어 바이오 물질 및 화학공정에 취약한 기판에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. □ 개발한 신소재는 헬스케어용 웨어러블 전자소자와 유연바이오센서에 핵심소재로 사용할 수 있고 스트레쳐블 투명 전극, 유연에너지 저장 및 변환 소자 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 2월 4(수)일자에 게재되었다. * (논문명) Hydrodynamic Assembly of Conductive Nanomesh of Single-Walled Carbon Nanotubes using Biological Glue - (제1저자) 한국과학기술연구원 이기영 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 KIST 이현정 박사 <그림 1> 전도성 나노매쉬의 형성 원리 및 구성 물질. a 투석 과정에서 형성되는 농도분극을 대략적으로 나타내는 그림. b 나노 전자소재인 단겹탄소나노튜브 (SWNT)와 이와 특이적으로 결합하는 바이오 물질(P8GB#1, biological glue). c 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질을 농도분극현상과 결합하여 전도성 나노매쉬를 형성하는 방법 <그림2> a 대면적으로 형성된 나노매쉬 이미지와 b,c 나노매쉬의 나노구조 및 그 개략도, 바이오물질은 나노매쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노매쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. <그림3> 전도성 나노매쉬를 적용한 고집적 유연뇌전극(a)을 사용하여 쥐의 뇌신호를 비침습적으로 측정한 결과, 생체 접촉저항을 7배 이상 낮추고(c) 뇌과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 침습적인 형태로 연구되어 왔던 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호를 4배 이상 잘 감지하는 것(d)을 확인하였다. w/는 나노매쉬를 적용한 전극, w/o는 나노매쉬를 적용하지 않은 일반 전극을 나타낸다.

두개골 손상없이 초미세 뇌파 측정 가능한 신소재 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용한 전도성 대면적 나노매쉬 형성 기법 - 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 시장 활용 가능 뇌, 심장, 근육 등에서 나오는 생체 신호는 건강 상태를 모니터링하는데 중요한 정보를 제공한다. 국내 연구진이 나노물질과 바이오 물질을 결합해 생체를 손상시키지 않으면서 생체 신호 감지 효과는 큰 신소재를 개발했다. 뇌파는 신호가 약한 생체 신호의 대표적인 사례로 그동안 두개골을 잘라 센서를 부착해 신호를 측정해왔다. 연구진이 개발한 신소재를 소자에 부착해 생쥐의 뇌파를 측정한 결과 두개골을 손상시키지 않고도 기존 소자보다 4배 이상 효과가 뛰어난 것을 확인했다. 이렇게 개발된 소자는 휘어지는 기판에서도 잘 구현되어 웨어러블 전자 기기를 활용한 의료 시장에 널리 활용될 수 있을 전망이다. o 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 주도하고 신경과학연구단 최지현 박사, 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 연구팀이 공동으로 참여하여 “바이오 물질과 결합한 단겹탄소나노튜브기반 대면적 나노매쉬 형성 기법을 개발했다”고 밝혔다. 뇌, 심장, 근육 등 이온 생체 내에서의 신호 전달은 대개 이온 등의 형태로 정보가 전달된다. 이러한 이온 형태의 정보를 전자소자를 이용하여 분석하기 위해서는 이온신호를 전기적인 신호로 바꾸는 것이 필요하다. 생체와 전자의 상호작용을 통한 효과적 전자소자를 개발하기 위해서는 전기 전도도가 높아야 할 뿐만 아니라 이온 혹은 생체물질과 잘 접촉할 수 있는 나노 구조의 형성이 중요하다. 또한 생체의 특성상 유연한 소자가 기계적 움직임을 구동할 수 있어야 하고, 생체 손상을 최소화 할 수 있는 비침습적 모니터링 기술이 필요하다. 이현정 박사팀은 나노전자소재와 바이오 물질을 이용하여 약한 생체신호도 감지할 수 있는 그물망 구조의 나노매쉬형 나노바이오융합 신소재를 개발했다. 이러한 나노매쉬형 전극은 나노수준으로 제어된 구조를 바탕으로 기존 전극보다 생체 접촉 저항을 7배 이상으로 낮추어 생체에 직접 활용하기 좋고, 다양한 형태의 유연 기판과의 접촉성도 우수하여 건강모니터링 스마트 패치나 밴드 등 스마트 웨어러블 소자에 핵심소재로 적용이 가능하다. o 1차원 구조를 가진 단겹탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 지니고 있어서 이들을 침투 구조로 구현하여 유연 전자소자, 뇌 전극, 및 에너지 소자 등에 응용하기 위하여 많은 연구자들이 노력하여 왔다. 전도성 물질이자 1차원인 단겹탄소나노튜브가 침투 구조(percolating structure)를 가지는 경우 이온과 상호작용을 잘 할 수 있고, 그 효과가 극대화 될 수 있다. 그러나 단겹탄소나노튜브는 서로 달라붙는 성질이 있어서 공정이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 또한 유연 소자에 적용하기 위해서는 형성된 물질을 원하는 기판에 옮겨야 하는데 이를 위해서는 복잡한 공정과 독한 화학물질들을 사용해야 했다. 따라서 적용할 수 있는 물질에 제한이 있었다. o 연구팀은 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질 P8GB#1을 찾아내고, 찾아낸 바이오 물질을 계면활성제로 분산된 단겹탄소나노물질과 혼합하여 투석을 진행하였다. 계면 활성제로 분산된 단겹탄소나노물질을 물속에서 투석하면 농도 차이로 반투과멤브레인 근처에서 계면활성제의 농도가 낮아져서 나노 물질이 엉키는 현상이 생기는데 연구팀은 이를 역으로 이용한 것이다. o 투석이 진행되는 동안 멤브레인 근처에서만 바이오 물질과 단겹탄소나노튜브가 결합하게 되고 대면적의 나노매쉬가 형성됨을 증명했다. 바이오 물질이 나노구조를 제어하는 동시에 단겹탄소나노튜브와의 안정적인 결합을 유도하여 나노매쉬가 대면적으로 형성되는데 중요한 역할을 하는 것이다. □ 연구팀은 개발한 신소재를 적용해 ‘고집적 유연뇌전극’을 만들고 이를 활용해 생쥐의 고주파뇌파를 측정했다. 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호는 뇌 과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 두개골을 뚫고 전극을 삽입하는 형태로 측정해 왔다. 연구팀의 전극은 두개골을 침습하지 않고 두개골상에 전극을 붙여 신호를 측정했고, 그 결과 기존 전극보다 고주파뇌파를 4배 이상 잘 감지하는 것을 확인하였다. □ 연구진이 개발한 방법을 이용하면 공정이 간단하면서도 나노매쉬를 대면적으로 구현할 수 있으며, 수용액 내에서 형성되므로 나노매쉬의 화학적인 분리 과정이 필요 없게 되어 바이오 물질 및 화학공정에 취약한 기판에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. □ 개발한 신소재는 헬스케어용 웨어러블 전자소자와 유연바이오센서에 핵심소재로 사용할 수 있고 스트레쳐블 투명 전극, 유연에너지 저장 및 변환 소자 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 2월 4(수)일자에 게재되었다. * (논문명) Hydrodynamic Assembly of Conductive Nanomesh of Single-Walled Carbon Nanotubes using Biological Glue - (제1저자) 한국과학기술연구원 이기영 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 KIST 이현정 박사 <그림 1> 전도성 나노매쉬의 형성 원리 및 구성 물질. a 투석 과정에서 형성되는 농도분극을 대략적으로 나타내는 그림. b 나노 전자소재인 단겹탄소나노튜브 (SWNT)와 이와 특이적으로 결합하는 바이오 물질(P8GB#1, biological glue). c 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질을 농도분극현상과 결합하여 전도성 나노매쉬를 형성하는 방법 <그림2> a 대면적으로 형성된 나노매쉬 이미지와 b,c 나노매쉬의 나노구조 및 그 개략도, 바이오물질은 나노매쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노매쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. <그림3> 전도성 나노매쉬를 적용한 고집적 유연뇌전극(a)을 사용하여 쥐의 뇌신호를 비침습적으로 측정한 결과, 생체 접촉저항을 7배 이상 낮추고(c) 뇌과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 침습적인 형태로 연구되어 왔던 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호를 4배 이상 잘 감지하는 것(d)을 확인하였다. w/는 나노매쉬를 적용한 전극, w/o는 나노매쉬를 적용하지 않은 일반 전극을 나타낸다.

두개골 손상없이 초미세 뇌파 측정 가능한 신소재 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용한 전도성 대면적 나노매쉬 형성 기법 - 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 시장 활용 가능 뇌, 심장, 근육 등에서 나오는 생체 신호는 건강 상태를 모니터링하는데 중요한 정보를 제공한다. 국내 연구진이 나노물질과 바이오 물질을 결합해 생체를 손상시키지 않으면서 생체 신호 감지 효과는 큰 신소재를 개발했다. 뇌파는 신호가 약한 생체 신호의 대표적인 사례로 그동안 두개골을 잘라 센서를 부착해 신호를 측정해왔다. 연구진이 개발한 신소재를 소자에 부착해 생쥐의 뇌파를 측정한 결과 두개골을 손상시키지 않고도 기존 소자보다 4배 이상 효과가 뛰어난 것을 확인했다. 이렇게 개발된 소자는 휘어지는 기판에서도 잘 구현되어 웨어러블 전자 기기를 활용한 의료 시장에 널리 활용될 수 있을 전망이다. o 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 주도하고 신경과학연구단 최지현 박사, 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 연구팀이 공동으로 참여하여 “바이오 물질과 결합한 단겹탄소나노튜브기반 대면적 나노매쉬 형성 기법을 개발했다”고 밝혔다. 뇌, 심장, 근육 등 이온 생체 내에서의 신호 전달은 대개 이온 등의 형태로 정보가 전달된다. 이러한 이온 형태의 정보를 전자소자를 이용하여 분석하기 위해서는 이온신호를 전기적인 신호로 바꾸는 것이 필요하다. 생체와 전자의 상호작용을 통한 효과적 전자소자를 개발하기 위해서는 전기 전도도가 높아야 할 뿐만 아니라 이온 혹은 생체물질과 잘 접촉할 수 있는 나노 구조의 형성이 중요하다. 또한 생체의 특성상 유연한 소자가 기계적 움직임을 구동할 수 있어야 하고, 생체 손상을 최소화 할 수 있는 비침습적 모니터링 기술이 필요하다. 이현정 박사팀은 나노전자소재와 바이오 물질을 이용하여 약한 생체신호도 감지할 수 있는 그물망 구조의 나노매쉬형 나노바이오융합 신소재를 개발했다. 이러한 나노매쉬형 전극은 나노수준으로 제어된 구조를 바탕으로 기존 전극보다 생체 접촉 저항을 7배 이상으로 낮추어 생체에 직접 활용하기 좋고, 다양한 형태의 유연 기판과의 접촉성도 우수하여 건강모니터링 스마트 패치나 밴드 등 스마트 웨어러블 소자에 핵심소재로 적용이 가능하다. o 1차원 구조를 가진 단겹탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 지니고 있어서 이들을 침투 구조로 구현하여 유연 전자소자, 뇌 전극, 및 에너지 소자 등에 응용하기 위하여 많은 연구자들이 노력하여 왔다. 전도성 물질이자 1차원인 단겹탄소나노튜브가 침투 구조(percolating structure)를 가지는 경우 이온과 상호작용을 잘 할 수 있고, 그 효과가 극대화 될 수 있다. 그러나 단겹탄소나노튜브는 서로 달라붙는 성질이 있어서 공정이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 또한 유연 소자에 적용하기 위해서는 형성된 물질을 원하는 기판에 옮겨야 하는데 이를 위해서는 복잡한 공정과 독한 화학물질들을 사용해야 했다. 따라서 적용할 수 있는 물질에 제한이 있었다. o 연구팀은 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질 P8GB#1을 찾아내고, 찾아낸 바이오 물질을 계면활성제로 분산된 단겹탄소나노물질과 혼합하여 투석을 진행하였다. 계면 활성제로 분산된 단겹탄소나노물질을 물속에서 투석하면 농도 차이로 반투과멤브레인 근처에서 계면활성제의 농도가 낮아져서 나노 물질이 엉키는 현상이 생기는데 연구팀은 이를 역으로 이용한 것이다. o 투석이 진행되는 동안 멤브레인 근처에서만 바이오 물질과 단겹탄소나노튜브가 결합하게 되고 대면적의 나노매쉬가 형성됨을 증명했다. 바이오 물질이 나노구조를 제어하는 동시에 단겹탄소나노튜브와의 안정적인 결합을 유도하여 나노매쉬가 대면적으로 형성되는데 중요한 역할을 하는 것이다. □ 연구팀은 개발한 신소재를 적용해 ‘고집적 유연뇌전극’을 만들고 이를 활용해 생쥐의 고주파뇌파를 측정했다. 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호는 뇌 과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 두개골을 뚫고 전극을 삽입하는 형태로 측정해 왔다. 연구팀의 전극은 두개골을 침습하지 않고 두개골상에 전극을 붙여 신호를 측정했고, 그 결과 기존 전극보다 고주파뇌파를 4배 이상 잘 감지하는 것을 확인하였다. □ 연구진이 개발한 방법을 이용하면 공정이 간단하면서도 나노매쉬를 대면적으로 구현할 수 있으며, 수용액 내에서 형성되므로 나노매쉬의 화학적인 분리 과정이 필요 없게 되어 바이오 물질 및 화학공정에 취약한 기판에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. □ 개발한 신소재는 헬스케어용 웨어러블 전자소자와 유연바이오센서에 핵심소재로 사용할 수 있고 스트레쳐블 투명 전극, 유연에너지 저장 및 변환 소자 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 2월 4(수)일자에 게재되었다. * (논문명) Hydrodynamic Assembly of Conductive Nanomesh of Single-Walled Carbon Nanotubes using Biological Glue - (제1저자) 한국과학기술연구원 이기영 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 KIST 이현정 박사 <그림 1> 전도성 나노매쉬의 형성 원리 및 구성 물질. a 투석 과정에서 형성되는 농도분극을 대략적으로 나타내는 그림. b 나노 전자소재인 단겹탄소나노튜브 (SWNT)와 이와 특이적으로 결합하는 바이오 물질(P8GB#1, biological glue). c 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질을 농도분극현상과 결합하여 전도성 나노매쉬를 형성하는 방법 <그림2> a 대면적으로 형성된 나노매쉬 이미지와 b,c 나노매쉬의 나노구조 및 그 개략도, 바이오물질은 나노매쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노매쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. <그림3> 전도성 나노매쉬를 적용한 고집적 유연뇌전극(a)을 사용하여 쥐의 뇌신호를 비침습적으로 측정한 결과, 생체 접촉저항을 7배 이상 낮추고(c) 뇌과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 침습적인 형태로 연구되어 왔던 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호를 4배 이상 잘 감지하는 것(d)을 확인하였다. w/는 나노매쉬를 적용한 전극, w/o는 나노매쉬를 적용하지 않은 일반 전극을 나타낸다.

두개골 손상없이 초미세 뇌파 측정 가능한 신소재 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용한 전도성 대면적 나노매쉬 형성 기법 - 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 시장 활용 가능 뇌, 심장, 근육 등에서 나오는 생체 신호는 건강 상태를 모니터링하는데 중요한 정보를 제공한다. 국내 연구진이 나노물질과 바이오 물질을 결합해 생체를 손상시키지 않으면서 생체 신호 감지 효과는 큰 신소재를 개발했다. 뇌파는 신호가 약한 생체 신호의 대표적인 사례로 그동안 두개골을 잘라 센서를 부착해 신호를 측정해왔다. 연구진이 개발한 신소재를 소자에 부착해 생쥐의 뇌파를 측정한 결과 두개골을 손상시키지 않고도 기존 소자보다 4배 이상 효과가 뛰어난 것을 확인했다. 이렇게 개발된 소자는 휘어지는 기판에서도 잘 구현되어 웨어러블 전자 기기를 활용한 의료 시장에 널리 활용될 수 있을 전망이다. o 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 주도하고 신경과학연구단 최지현 박사, 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 연구팀이 공동으로 참여하여 “바이오 물질과 결합한 단겹탄소나노튜브기반 대면적 나노매쉬 형성 기법을 개발했다”고 밝혔다. 뇌, 심장, 근육 등 이온 생체 내에서의 신호 전달은 대개 이온 등의 형태로 정보가 전달된다. 이러한 이온 형태의 정보를 전자소자를 이용하여 분석하기 위해서는 이온신호를 전기적인 신호로 바꾸는 것이 필요하다. 생체와 전자의 상호작용을 통한 효과적 전자소자를 개발하기 위해서는 전기 전도도가 높아야 할 뿐만 아니라 이온 혹은 생체물질과 잘 접촉할 수 있는 나노 구조의 형성이 중요하다. 또한 생체의 특성상 유연한 소자가 기계적 움직임을 구동할 수 있어야 하고, 생체 손상을 최소화 할 수 있는 비침습적 모니터링 기술이 필요하다. 이현정 박사팀은 나노전자소재와 바이오 물질을 이용하여 약한 생체신호도 감지할 수 있는 그물망 구조의 나노매쉬형 나노바이오융합 신소재를 개발했다. 이러한 나노매쉬형 전극은 나노수준으로 제어된 구조를 바탕으로 기존 전극보다 생체 접촉 저항을 7배 이상으로 낮추어 생체에 직접 활용하기 좋고, 다양한 형태의 유연 기판과의 접촉성도 우수하여 건강모니터링 스마트 패치나 밴드 등 스마트 웨어러블 소자에 핵심소재로 적용이 가능하다. o 1차원 구조를 가진 단겹탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 지니고 있어서 이들을 침투 구조로 구현하여 유연 전자소자, 뇌 전극, 및 에너지 소자 등에 응용하기 위하여 많은 연구자들이 노력하여 왔다. 전도성 물질이자 1차원인 단겹탄소나노튜브가 침투 구조(percolating structure)를 가지는 경우 이온과 상호작용을 잘 할 수 있고, 그 효과가 극대화 될 수 있다. 그러나 단겹탄소나노튜브는 서로 달라붙는 성질이 있어서 공정이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 또한 유연 소자에 적용하기 위해서는 형성된 물질을 원하는 기판에 옮겨야 하는데 이를 위해서는 복잡한 공정과 독한 화학물질들을 사용해야 했다. 따라서 적용할 수 있는 물질에 제한이 있었다. o 연구팀은 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질 P8GB#1을 찾아내고, 찾아낸 바이오 물질을 계면활성제로 분산된 단겹탄소나노물질과 혼합하여 투석을 진행하였다. 계면 활성제로 분산된 단겹탄소나노물질을 물속에서 투석하면 농도 차이로 반투과멤브레인 근처에서 계면활성제의 농도가 낮아져서 나노 물질이 엉키는 현상이 생기는데 연구팀은 이를 역으로 이용한 것이다. o 투석이 진행되는 동안 멤브레인 근처에서만 바이오 물질과 단겹탄소나노튜브가 결합하게 되고 대면적의 나노매쉬가 형성됨을 증명했다. 바이오 물질이 나노구조를 제어하는 동시에 단겹탄소나노튜브와의 안정적인 결합을 유도하여 나노매쉬가 대면적으로 형성되는데 중요한 역할을 하는 것이다. □ 연구팀은 개발한 신소재를 적용해 ‘고집적 유연뇌전극’을 만들고 이를 활용해 생쥐의 고주파뇌파를 측정했다. 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호는 뇌 과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 두개골을 뚫고 전극을 삽입하는 형태로 측정해 왔다. 연구팀의 전극은 두개골을 침습하지 않고 두개골상에 전극을 붙여 신호를 측정했고, 그 결과 기존 전극보다 고주파뇌파를 4배 이상 잘 감지하는 것을 확인하였다. □ 연구진이 개발한 방법을 이용하면 공정이 간단하면서도 나노매쉬를 대면적으로 구현할 수 있으며, 수용액 내에서 형성되므로 나노매쉬의 화학적인 분리 과정이 필요 없게 되어 바이오 물질 및 화학공정에 취약한 기판에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. □ 개발한 신소재는 헬스케어용 웨어러블 전자소자와 유연바이오센서에 핵심소재로 사용할 수 있고 스트레쳐블 투명 전극, 유연에너지 저장 및 변환 소자 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 2월 4(수)일자에 게재되었다. * (논문명) Hydrodynamic Assembly of Conductive Nanomesh of Single-Walled Carbon Nanotubes using Biological Glue - (제1저자) 한국과학기술연구원 이기영 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 KIST 이현정 박사 <그림 1> 전도성 나노매쉬의 형성 원리 및 구성 물질. a 투석 과정에서 형성되는 농도분극을 대략적으로 나타내는 그림. b 나노 전자소재인 단겹탄소나노튜브 (SWNT)와 이와 특이적으로 결합하는 바이오 물질(P8GB#1, biological glue). c 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질을 농도분극현상과 결합하여 전도성 나노매쉬를 형성하는 방법 <그림2> a 대면적으로 형성된 나노매쉬 이미지와 b,c 나노매쉬의 나노구조 및 그 개략도, 바이오물질은 나노매쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노매쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. <그림3> 전도성 나노매쉬를 적용한 고집적 유연뇌전극(a)을 사용하여 쥐의 뇌신호를 비침습적으로 측정한 결과, 생체 접촉저항을 7배 이상 낮추고(c) 뇌과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 침습적인 형태로 연구되어 왔던 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호를 4배 이상 잘 감지하는 것(d)을 확인하였다. w/는 나노매쉬를 적용한 전극, w/o는 나노매쉬를 적용하지 않은 일반 전극을 나타낸다.

두개골 손상없이 초미세 뇌파 측정 가능한 신소재 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용한 전도성 대면적 나노매쉬 형성 기법 - 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 시장 활용 가능 뇌, 심장, 근육 등에서 나오는 생체 신호는 건강 상태를 모니터링하는데 중요한 정보를 제공한다. 국내 연구진이 나노물질과 바이오 물질을 결합해 생체를 손상시키지 않으면서 생체 신호 감지 효과는 큰 신소재를 개발했다. 뇌파는 신호가 약한 생체 신호의 대표적인 사례로 그동안 두개골을 잘라 센서를 부착해 신호를 측정해왔다. 연구진이 개발한 신소재를 소자에 부착해 생쥐의 뇌파를 측정한 결과 두개골을 손상시키지 않고도 기존 소자보다 4배 이상 효과가 뛰어난 것을 확인했다. 이렇게 개발된 소자는 휘어지는 기판에서도 잘 구현되어 웨어러블 전자 기기를 활용한 의료 시장에 널리 활용될 수 있을 전망이다. o 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 주도하고 신경과학연구단 최지현 박사, 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 연구팀이 공동으로 참여하여 “바이오 물질과 결합한 단겹탄소나노튜브기반 대면적 나노매쉬 형성 기법을 개발했다”고 밝혔다. 뇌, 심장, 근육 등 이온 생체 내에서의 신호 전달은 대개 이온 등의 형태로 정보가 전달된다. 이러한 이온 형태의 정보를 전자소자를 이용하여 분석하기 위해서는 이온신호를 전기적인 신호로 바꾸는 것이 필요하다. 생체와 전자의 상호작용을 통한 효과적 전자소자를 개발하기 위해서는 전기 전도도가 높아야 할 뿐만 아니라 이온 혹은 생체물질과 잘 접촉할 수 있는 나노 구조의 형성이 중요하다. 또한 생체의 특성상 유연한 소자가 기계적 움직임을 구동할 수 있어야 하고, 생체 손상을 최소화 할 수 있는 비침습적 모니터링 기술이 필요하다. 이현정 박사팀은 나노전자소재와 바이오 물질을 이용하여 약한 생체신호도 감지할 수 있는 그물망 구조의 나노매쉬형 나노바이오융합 신소재를 개발했다. 이러한 나노매쉬형 전극은 나노수준으로 제어된 구조를 바탕으로 기존 전극보다 생체 접촉 저항을 7배 이상으로 낮추어 생체에 직접 활용하기 좋고, 다양한 형태의 유연 기판과의 접촉성도 우수하여 건강모니터링 스마트 패치나 밴드 등 스마트 웨어러블 소자에 핵심소재로 적용이 가능하다. o 1차원 구조를 가진 단겹탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 지니고 있어서 이들을 침투 구조로 구현하여 유연 전자소자, 뇌 전극, 및 에너지 소자 등에 응용하기 위하여 많은 연구자들이 노력하여 왔다. 전도성 물질이자 1차원인 단겹탄소나노튜브가 침투 구조(percolating structure)를 가지는 경우 이온과 상호작용을 잘 할 수 있고, 그 효과가 극대화 될 수 있다. 그러나 단겹탄소나노튜브는 서로 달라붙는 성질이 있어서 공정이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 또한 유연 소자에 적용하기 위해서는 형성된 물질을 원하는 기판에 옮겨야 하는데 이를 위해서는 복잡한 공정과 독한 화학물질들을 사용해야 했다. 따라서 적용할 수 있는 물질에 제한이 있었다. o 연구팀은 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질 P8GB#1을 찾아내고, 찾아낸 바이오 물질을 계면활성제로 분산된 단겹탄소나노물질과 혼합하여 투석을 진행하였다. 계면 활성제로 분산된 단겹탄소나노물질을 물속에서 투석하면 농도 차이로 반투과멤브레인 근처에서 계면활성제의 농도가 낮아져서 나노 물질이 엉키는 현상이 생기는데 연구팀은 이를 역으로 이용한 것이다. o 투석이 진행되는 동안 멤브레인 근처에서만 바이오 물질과 단겹탄소나노튜브가 결합하게 되고 대면적의 나노매쉬가 형성됨을 증명했다. 바이오 물질이 나노구조를 제어하는 동시에 단겹탄소나노튜브와의 안정적인 결합을 유도하여 나노매쉬가 대면적으로 형성되는데 중요한 역할을 하는 것이다. □ 연구팀은 개발한 신소재를 적용해 ‘고집적 유연뇌전극’을 만들고 이를 활용해 생쥐의 고주파뇌파를 측정했다. 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호는 뇌 과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 두개골을 뚫고 전극을 삽입하는 형태로 측정해 왔다. 연구팀의 전극은 두개골을 침습하지 않고 두개골상에 전극을 붙여 신호를 측정했고, 그 결과 기존 전극보다 고주파뇌파를 4배 이상 잘 감지하는 것을 확인하였다. □ 연구진이 개발한 방법을 이용하면 공정이 간단하면서도 나노매쉬를 대면적으로 구현할 수 있으며, 수용액 내에서 형성되므로 나노매쉬의 화학적인 분리 과정이 필요 없게 되어 바이오 물질 및 화학공정에 취약한 기판에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. □ 개발한 신소재는 헬스케어용 웨어러블 전자소자와 유연바이오센서에 핵심소재로 사용할 수 있고 스트레쳐블 투명 전극, 유연에너지 저장 및 변환 소자 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 2월 4(수)일자에 게재되었다. * (논문명) Hydrodynamic Assembly of Conductive Nanomesh of Single-Walled Carbon Nanotubes using Biological Glue - (제1저자) 한국과학기술연구원 이기영 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 KIST 이현정 박사 <그림 1> 전도성 나노매쉬의 형성 원리 및 구성 물질. a 투석 과정에서 형성되는 농도분극을 대략적으로 나타내는 그림. b 나노 전자소재인 단겹탄소나노튜브 (SWNT)와 이와 특이적으로 결합하는 바이오 물질(P8GB#1, biological glue). c 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질을 농도분극현상과 결합하여 전도성 나노매쉬를 형성하는 방법 <그림2> a 대면적으로 형성된 나노매쉬 이미지와 b,c 나노매쉬의 나노구조 및 그 개략도, 바이오물질은 나노매쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노매쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. <그림3> 전도성 나노매쉬를 적용한 고집적 유연뇌전극(a)을 사용하여 쥐의 뇌신호를 비침습적으로 측정한 결과, 생체 접촉저항을 7배 이상 낮추고(c) 뇌과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 침습적인 형태로 연구되어 왔던 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호를 4배 이상 잘 감지하는 것(d)을 확인하였다. w/는 나노매쉬를 적용한 전극, w/o는 나노매쉬를 적용하지 않은 일반 전극을 나타낸다.

두개골 손상없이 초미세 뇌파 측정 가능한 신소재 개발 - 나노 소재와 바이오 물질을 이용한 전도성 대면적 나노매쉬 형성 기법 - 비침습적 방법으로 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 시장 활용 가능 뇌, 심장, 근육 등에서 나오는 생체 신호는 건강 상태를 모니터링하는데 중요한 정보를 제공한다. 국내 연구진이 나노물질과 바이오 물질을 결합해 생체를 손상시키지 않으면서 생체 신호 감지 효과는 큰 신소재를 개발했다. 뇌파는 신호가 약한 생체 신호의 대표적인 사례로 그동안 두개골을 잘라 센서를 부착해 신호를 측정해왔다. 연구진이 개발한 신소재를 소자에 부착해 생쥐의 뇌파를 측정한 결과 두개골을 손상시키지 않고도 기존 소자보다 4배 이상 효과가 뛰어난 것을 확인했다. 이렇게 개발된 소자는 휘어지는 기판에서도 잘 구현되어 웨어러블 전자 기기를 활용한 의료 시장에 널리 활용될 수 있을 전망이다. o 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 스핀융합연구단 이현정 박사팀이 주도하고 신경과학연구단 최지현 박사, 고온에너지재료연구센터 최인석 박사 연구팀이 공동으로 참여하여 “바이오 물질과 결합한 단겹탄소나노튜브기반 대면적 나노매쉬 형성 기법을 개발했다”고 밝혔다. 뇌, 심장, 근육 등 이온 생체 내에서의 신호 전달은 대개 이온 등의 형태로 정보가 전달된다. 이러한 이온 형태의 정보를 전자소자를 이용하여 분석하기 위해서는 이온신호를 전기적인 신호로 바꾸는 것이 필요하다. 생체와 전자의 상호작용을 통한 효과적 전자소자를 개발하기 위해서는 전기 전도도가 높아야 할 뿐만 아니라 이온 혹은 생체물질과 잘 접촉할 수 있는 나노 구조의 형성이 중요하다. 또한 생체의 특성상 유연한 소자가 기계적 움직임을 구동할 수 있어야 하고, 생체 손상을 최소화 할 수 있는 비침습적 모니터링 기술이 필요하다. 이현정 박사팀은 나노전자소재와 바이오 물질을 이용하여 약한 생체신호도 감지할 수 있는 그물망 구조의 나노매쉬형 나노바이오융합 신소재를 개발했다. 이러한 나노매쉬형 전극은 나노수준으로 제어된 구조를 바탕으로 기존 전극보다 생체 접촉 저항을 7배 이상으로 낮추어 생체에 직접 활용하기 좋고, 다양한 형태의 유연 기판과의 접촉성도 우수하여 건강모니터링 스마트 패치나 밴드 등 스마트 웨어러블 소자에 핵심소재로 적용이 가능하다. o 1차원 구조를 가진 단겹탄소나노튜브는 전기적, 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 지니고 있어서 이들을 침투 구조로 구현하여 유연 전자소자, 뇌 전극, 및 에너지 소자 등에 응용하기 위하여 많은 연구자들이 노력하여 왔다. 전도성 물질이자 1차원인 단겹탄소나노튜브가 침투 구조(percolating structure)를 가지는 경우 이온과 상호작용을 잘 할 수 있고, 그 효과가 극대화 될 수 있다. 그러나 단겹탄소나노튜브는 서로 달라붙는 성질이 있어서 공정이 매우 까다롭다는 단점이 있다. 또한 유연 소자에 적용하기 위해서는 형성된 물질을 원하는 기판에 옮겨야 하는데 이를 위해서는 복잡한 공정과 독한 화학물질들을 사용해야 했다. 따라서 적용할 수 있는 물질에 제한이 있었다. o 연구팀은 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질 P8GB#1을 찾아내고, 찾아낸 바이오 물질을 계면활성제로 분산된 단겹탄소나노물질과 혼합하여 투석을 진행하였다. 계면 활성제로 분산된 단겹탄소나노물질을 물속에서 투석하면 농도 차이로 반투과멤브레인 근처에서 계면활성제의 농도가 낮아져서 나노 물질이 엉키는 현상이 생기는데 연구팀은 이를 역으로 이용한 것이다. o 투석이 진행되는 동안 멤브레인 근처에서만 바이오 물질과 단겹탄소나노튜브가 결합하게 되고 대면적의 나노매쉬가 형성됨을 증명했다. 바이오 물질이 나노구조를 제어하는 동시에 단겹탄소나노튜브와의 안정적인 결합을 유도하여 나노매쉬가 대면적으로 형성되는데 중요한 역할을 하는 것이다. □ 연구팀은 개발한 신소재를 적용해 ‘고집적 유연뇌전극’을 만들고 이를 활용해 생쥐의 고주파뇌파를 측정했다. 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호는 뇌 과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 두개골을 뚫고 전극을 삽입하는 형태로 측정해 왔다. 연구팀의 전극은 두개골을 침습하지 않고 두개골상에 전극을 붙여 신호를 측정했고, 그 결과 기존 전극보다 고주파뇌파를 4배 이상 잘 감지하는 것을 확인하였다. □ 연구진이 개발한 방법을 이용하면 공정이 간단하면서도 나노매쉬를 대면적으로 구현할 수 있으며, 수용액 내에서 형성되므로 나노매쉬의 화학적인 분리 과정이 필요 없게 되어 바이오 물질 및 화학공정에 취약한 기판에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. □ 개발한 신소재는 헬스케어용 웨어러블 전자소자와 유연바이오센서에 핵심소재로 사용할 수 있고 스트레쳐블 투명 전극, 유연에너지 저장 및 변환 소자 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다. □ 본 연구는 KIST의 주요 연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료 연구 분야의 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)지에 2월 4(수)일자에 게재되었다. * (논문명) Hydrodynamic Assembly of Conductive Nanomesh of Single-Walled Carbon Nanotubes using Biological Glue - (제1저자) 한국과학기술연구원 이기영 박사 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이현정 박사 KIST 이현정 박사 <그림 1> 전도성 나노매쉬의 형성 원리 및 구성 물질. a 투석 과정에서 형성되는 농도분극을 대략적으로 나타내는 그림. b 나노 전자소재인 단겹탄소나노튜브 (SWNT)와 이와 특이적으로 결합하는 바이오 물질(P8GB#1, biological glue). c 단겹탄소나노튜브와 특이적으로 결합하는 바이오 물질을 농도분극현상과 결합하여 전도성 나노매쉬를 형성하는 방법 <그림2> a 대면적으로 형성된 나노매쉬 이미지와 b,c 나노매쉬의 나노구조 및 그 개략도, 바이오물질은 나노매쉬의 나노구조를 제어할 뿐 아니라 대면적 나노매쉬구조를 유지하고 안정화하는 역할도 하게 된다. <그림3> 전도성 나노매쉬를 적용한 고집적 유연뇌전극(a)을 사용하여 쥐의 뇌신호를 비침습적으로 측정한 결과, 생체 접촉저항을 7배 이상 낮추고(c) 뇌과학적으로 중요하지만 신호가 약해 주로 침습적인 형태로 연구되어 왔던 고주파뇌파(HFBSs, High-Frequency Brain Signals) 신호를 4배 이상 잘 감지하는 것(d)을 확인하였다. w/는 나노매쉬를 적용한 전극, w/o는 나노매쉬를 적용하지 않은 일반 전극을 나타낸다.

2014년도 KIST 청렴도 평가 결과