환경기술특허연구회

한미연구진, 웨어러블 기기·생체공학 소재 개발 적용 기대 

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 빛을 전기신호로 변환하는 유기 광트랜지스터를 유연하고 투명한 무독성·생분해성 소재로 만드는 데 성공했다. 생체용 웨어러블 기기에 활용이 기대되며 생분해성으로 사용 후에는 자연에서 분해돼 없어진다.

고려대 전기전자전파공학부 주병권 교수와 박준수 연구원(박사과정)은 7일 뉴욕주립대 서정훈 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 전영민 박사와 함께 나무의 주성분인 셀룰로스를 기반으로 유연하고 투명한 무독성·생분해성 유기 광트랜지스터를 개발했다고 밝혔다.

유기 광트랜지스터는 유기물 반도체 물질을 사용해 빛을 전기신호로 변환하는 광소자로 사물인터넷 등에 널리 적용될 수 있지만, 독성물질이나 불투명한 전극이 사용돼 생체의료 기기에 활용하는 데에는 제한이 있었다. 

유연하고 투명한 무독성·생분해성 유기 광트랜지스터(a) 유기 광트랜지스터 소자의 구조 모식도 (b) 유기 광트랜지스터는 가시광선 영영에서 전극물질로 금(Au)을 사용했을 때보다 투과도가 약 28%포인트 높은 70.4%를 보였다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

연구진은 기판으로 셀룰로스 나노섬유(CNF)를 사용하고, 전극은 금속 대신 투명한 산화인듐아연(IZO)을, 유기반도체는 무독성 펜타센(pentacene)을 사용해 투명하고 독성이 없으며 자연에서 분해되는 유연한 유기 광트랜지스터를 만들었다.

이 유기 광트랜지스터는 펜타센에 금(Au)을 전극으로 사용한 트랜지스터와 유사한 전기적 특성을 보이면서 투과도는 가시광선 영역에서 70.4%로 약 28%포인트 더 높았다. 또 백색광은 물론 가시광선 영역의 적색, 녹색, 청색 빛을 쬐었을 때 광전류가 발생하는 것이 확인돼 광센서 응용 가능성도 보였다.

유기 광트랜지스터 생분해 실험유기 광트랜지스터를 목재를 분해하는 균류(목재부후균)에 노출하자 2주일만에 무게가 47.2% 감소할 만큼 분해가 진행됐고 수개월 안에 완전히 생분해되는 것으로 나타났다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

연구진은 특히 이 유기 광트랜지스터는 생분해성이 뛰어나 전자기기 폐기물에 의한 환경오염을 우려가 거의 없다고 밝혔다. 

유기 광트랜지스터를 목재를 분해하는 균류(목재부후균)에 노출하자 2주 후 무게가 47.2% 감소할 정도로 분해가 진행됐고 수개월 내 완전히 생분해되는 것으로 나타났다. 

주병권 교수는 "유연하고 투명할 뿐 아니라 생분해가 가능한 친환경적인 광센서 소자를 개발했다"며 "앞으로 다양한 형태의 곡면에서 고감도의 광 검출이 필요한 웨어러블 제품, 특히 생체공학 소재 개발에 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 

한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행된 이 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈(Advanced Optical Materials. 5월 7일 자)에 게재됐다.

유연하고 투명한 무독성·생분해성 유기 광트랜지스터왼쪽부터. 고려대 주병권 교수(교신저자), 박준수 연구원(제1 저자), 뉴욕주립대 서정훈 교수(제1 저자), 한국과학기술연구원(KIST) 전영민 박사(교신저자) [한국연구재단 제공=연합뉴스]