부산대, '색으로 상태 알려주는' 스마트 바이오소자 개발

웨어러블 치료기기 상용화 기대
논리연산·기억기능 하나로 구현

부산대학교 심현석 교수 연구팀이 개발한 차세대 바이오 전자소자 개념도.(사진=부산대 제공)

상처 부위의 염증과 부종을 스스로 감지해 압박 강도를 조절하고, 작동 상태까지 색으로 알려주는 차세대 바이오 전자소자가 부산대학교 연구진에 의해 개발됐다.

부산대학교는 전기전자공학부 심현석 교수 연구팀이 하나의 유기 전기화학 트랜지스터(OECT)에서 논리 연산과 기억 기능을 모두 수행하고, 작동 상태를 색으로 확인할 수 있는 신축성 바이오 전자소자를 개발했다고 1일 밝혔다.

이번 기술의 핵심은 소자의 구조를 바꾸지 않고 전해질의 이온 농도만 조절해 기능을 전환하는 데 있다. 이온 농도가 높으면 디지털 논리회로처럼 빠르게 연산하고, 농도가 낮으면 인공 시냅스처럼 정보를 저장하는 메모리 기능을 수행한다.

연구팀은 여기에 작동 상태를 색으로 표현하는 시각화 기능도 구현했다. 소자의 이온 상태가 변하면 채널의 색이 옅은 파란색에서 짙은 파란색으로 바뀌어 별도 측정장비 없이도 사용자가 작동 상태를 육안으로 확인할 수 있다.

신축성도 확보했다. 소자는 최대 30%까지 늘어나는 환경에서도 성능을 유지했으며, 1000회 이상 반복 변형에도 기능 저하 없이 안정적으로 작동하는 것으로 확인됐다.

연구팀은 이 기술을 활용해 상처 부위의 체온 상승과 부종을 감지하면 압박 강도를 자동으로 조절하는 스마트 치료 시나리오도 구현했다. 회복 단계에서는 기억 기능을 활용해 압박을 단계적으로 재개하도록 설계해 조직 손상 가능성을 줄일 수 있도록 했다.

이번 연구 결과는 나노 분야 국제학술지 ACS Nano 6월 24일 온라인판에 게재됐다.

심현석 교수는 "하나의 소자가 연산과 기억, 시각적 피드백 기능까지 수행하는 새로운 바이오 전자 플랫폼"이라며 "차세대 웨어러블 치료기기와 스마트 전자피부 상용화를 앞당길 것으로 기대한다"고 말했다.

부산=김성욱 기자