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[실시간뉴스]"나노유연소자로 패치 만들어 부정맥 환자 치료할 것"

온카뱅크관리자

2024-10-31 15:21:22

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 김대형 IBS 나노입자연구단 부연구단장 한국과학기자협회-IBS 과학미디어아카데미 
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 31일 서울 강남 과학기술회관에서 열린 한국과학기자협회 기초과학연구원(IBS) 과학미디어아카데미에서 김대형 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 부연구단장이 나노물질을 주제로 발표하고 있다. 과기협 제공
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 "종이처럼 얇은 디스플레이로 3차원 형태로 종이접기도 가능하게 할 것입니다. 고성능 유연 소재로 심장 근육을 컨트롤해 부정맥, 심부전 환자 생명을 살리는 치료·예방도 가능합니다. 모두 기초과학을 토대로 한 나노물질에서 출발합니다."
 31일 서울 강남 과학기술회관에서 열린 한국과학기자협회-기초과학연구원(IBS) 과학미디어아카데미'에서 김대형 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 부연구단장은 "사람들의 삶에 영향을 줄 수 있는 소자 기술, 소프트 디바이스를 연구하고 있다"고 소개했다.
 김 부연구단장은 크기가 10억분의 1m인 나노물질을 조립·정렬해 소자와 디바이스를 구현하는 기초과학 연구자다. 나노물질을 활용한 유연 소자는 잡아당겨 늘일 수 있는 스트레처블 디스플레이와 광센서, 웨어러블 디바이스, 헬스케어 등 다양하게 응용될 수 있다.
 물질의 두께가 얇아지면 물질이 딱딱한 정도는 얇아지는 것보다 큰 비율로 감소한다. 김 부연구단장은 "딱딱한 나무를 얇게 만들면 티슈가 되는 것과 비슷하다"고 비유하며 "실리콘 웨이퍼처럼 딱딱한 소재에서 구현된 고성능을 유지하면서도 모양이 변형될 수 있으려면 나노물질을 써야 한다"고 설명했다.
 최근 디스플레이 기술이 발전하면서 돌돌 말거나 접을 수 있는 디스플레이가 이미 상용화됐다. 디스플레이 분야 기업과 연구자들이 다음 단계로 생각하는 기술은 잡아당겨 늘일 수 있는 '스트레처블(stretchable)' 디스플레이다. 
 우리 주변 사물은 대부분 잘라서 펼쳤을 때 평면이 되는 실린더 모양 물체가 아닌 구(sphere) 형태다. 유선형인 자동차 내벽을 디스플레이로 만들거나 옷감 등에 적용하려면 스트레처블 디스플레이 구현이 필수적이다.
 대표적인 나노물질인 퀀텀닷(QD, Quantum Dot)을 활용한 디스플레이가 스트레처블 특성을 구현할 수 있는 물질로 주목받고 있다. 퀀텀닷은 픽셀 자체가 늘어나기 때문에 당겨도 효율 변화가 없고 늘어날 수 있는 한계도 크다. 퀀텀닷은 유기발광다이오드(OLED) 등 현재 상용화된 기술보다 색상도 더 선명하게 구현할 수 있다.
 김 부연구단장이 속한 IBS 나노입자 연구단은 퀀텀닷을 활용한 디스플레이 소자인 QLED로 얇고 유연한 디스플레이를 만드는 연구도 하고 있다. 매우 얇아서 종이접기로 3차원 구조를 만들어 각 면에 다른 정보를 표출할 수도 있다. 
 김 부연구단장은 "LED, 트랜지스터, 센서, 전원 모두 얇은 필름으로 구현하는 것이 앞으로 추구해야 하는 방향"이라고 밝혔다.
 김 부연구단장은 사람의 눈뿐 아니라 물고기, 매, 고양이, 갑오징어, 농게 등 동물의 시각 시스템에서 아이디어를 얻은 다양한 센서 기술에 대해서도 소개했다.
 예를 들어 물고기의 눈은 광시야각 카메라이면서도 빛이 굴절하며 생기는 광수차가 적다. 매의 눈이나 고양이 눈 원리가 드론이 물체를 찾고 추적하는 데 활용될 수 있다. 김 부연구단장은 "이 모든 기술에서 퀀텀닷, 그래핀 등 나노소재가 중요하다"며 "나노소재가 있냐 없냐, 퀄리티가 좋냐 나쁘냐, 대면적 구현이 되냐 안되냐에 달린 것"이라고 말했다.
 나노물질 기반의 유연 소자는 차세대 디지털 헬스케어에서도 핵심 기술이다. 전 세계적으로 고령화가 진행되고 의료 인력이 줄면서 웨어러블 또는 임플란트 기반의 장치가 각광받기 때문이다. 헬스케어는 특히 병원이 멀고 의료비가 비싼 미국을 중심으로 발전하고 있다.
 김 부연구단장은 "글로벌 빅테크들이 메디컬 시장에 관심이 많고 디지털 헬스케어가 잠재력과 파급력이 있다고 생각하지만 생각보다 아주 큰 시장이 만들어지지 않았다"며 "디지털 헬스케어에 활용할 데이터가 그리 유용하지 않기 때문"이라고 설명했다. 스마트워치의 광센서로 재는 맥박과 심전도(ECG) 정보 등 제공되는 데이터가 제한적이고 부정확하다는 것이다.
 그는 "반창고처럼 패치 타입의 장치를 만들 수 있으면 (몸의) 신호를 훨씬 깨끗하게 얻어낼 수 있고 피·땀을 분석하면 화학적으로도 분석할 수 있다"며 "중요한 건 소재"라고 말했다. 센서를 이루는 소자가 딱딱하지 않고 부드러워야 한다는 것이다.
 의료용 유연 소자를 발전시키면 심장 질환자에게 특히 큰 도움이 된다. 그는 "심장에 전류를 아주 조금씩 주면 부정맥을 예방할 수 있다는 연구가 이미 1988년에 있었지만 상용화되지 않았다"며 "구현할 수 있는 물질이 없어서"라고 설명했다.
 김 부연구단장은 심장에 설치해 심장 기능을 보조할 수 있는 유연 소자를 연구하고 있다. 현재 토끼 실험을 마치고 큰 동물인 돼지 실험 단계를 준비 중이다. 장치에서 무선으로 전력이나 데이터를 전송하는 연구도 함께 진행되고 있다. 
 현택환 IBS 나노물질 연구단 단장은 나노물질 자체를 합성하는 데 주력한다. 김 부연구단장은 "물질 합성을 잘 못해서 입자 크기가 들쭉날쭉하면 소자 수명이 짧아지고 효율도 나오지 않는다"며 "고성능 소자를 만들기 위해서는 재료 물질 자체가 가장 중요하다"고 말했다.
 그는 마지막으로 "기초과학이 튼튼하지 않으면 응용할 때 어렵다"며 기초과학의 중요성을 강조했다.
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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