[뉴스프리존,대전=이기종 기자] 기초과학연구원(IBS)은 나노의학 연구단 박장웅 교수(연세대 신소재공학과) 연구팀이 UNIST 이상영 교수팀, 밀라노대학과 공동으로 피부에 부착해 여드름과 염증을 치료하는 투명 온열패치를 개발했다고 9일 밝혔다.
여드름과 염증은 남녀노소 고민하는 피부질환이며 이러한 피부질환은 피부에 따뜻한 열을 가해주는 온열 요법(Thermal therapy)으로 치료할 수 있다.
이 요법은 피부에 열을 가해 혈관이 확장되면 혈액순환이 원활해져 염증이 완화되며 피부를 구성하는 콜라겐 분자의 운동이 활발하게 일어나 약물의 침투를 돕기 때문이다.
그러나 기존의 온열패치는 구동 모듈과 배터리 등이 별도 필요하고 부피가 커 부착 가능 부위가 한정적이었고 투명하지 않아 쉽게 눈에 띄는 문제도 있었다.
이번 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 전극, 배터리, 무선통신 요소 등 모든 구성요소가 투명하고 유연한 온열패치 개발에 성공하고 그 효과를 실험으로 입증했다.
연구과정을 보면 핵심부품인 전극을 투명하면서도 유연하게 만들기 위해 메탈릭 글래스(Metallic glass)와 나노 와이어(Nano wire)를 이용했다.
이는 인듐주석산화물(Indum Tin Oxcide)을 소재로 삼는 기존 투명전극은 휘어지거나 늘어나지 않아 피부 부착 장치의 부품으로 적합하지 않기 때문이다.
반면 메탈릭 글래스(Metallic glass)는 비정질 합금으로 형성된 첨단 신소재로 일반 금속보다 신축성이 월등히 뛰어나며 고온에도 쉽게 녹슬지 않고 전기적 특성 또한 우수하여 유연하고 신축성 있는 투명전극의 재료로 적합하다.
또 나노 와이어(Nano wire)은 나노미터 단위의 크기를 가지는 와이어 구조체로 나노와이어가 불규칙적으로 연결된 박막은 뛰어난 광투과성을 가지기 때문에 투명전극으로 사용될 수 있다.
이어 신축성이 뛰어난 메탈릭 글래스를 1차원 섬유 형태로 만들어 미세한 그물 구조로 제작했다.
그물 사이의 빈 공간은 나노미터 두께의 얇은 실인 나노 와이어로 채워 전도성이 높고 유연한 투명전극을 구현했다.
이후 전기수력학 프린팅 기법(Electro-hydrodynamic jet-printing)을 이용해 은(Ag) 잉크를 격자무늬로 찍어내어 투명 배터리를 제작했다.
전기수력학 프린팅 기법은 전극물질과 전해질을 잉크처럼 써서 부품 위에 찍어내는 원리는 잉크젯 프린팅과 동일하지만 노즐과 기판 사이 전기장을 걸어 잉크를 미세하게 조정함으로써 마이크로미터(㎛, 1㎛=100만 분의 1m) 단위 고해상도로 출력할 수 있다.
이로 인해 전극과 배터리는 통신 회로와 연결되어 무선으로 패치를 충전할 수 있고 충전한 패치를 가볍게 누르면 온열이 발생해 언제 어디서든 사용이 가능하다.
이어 연구진은 개발한 패치로 피부에 1분 정도 온열을 가한 후 피부의 생리학적 변화를 관찰했다.
그 결과로 혈류량이 13분 동안 증가하고 수분흡수도 역시 약 1.9배 증가했고 온열패치의 성능을 실험으로 입증해 의료 목적으로 활용될 가능성을 보여줬다.
이 연구결과에 의하면 이번에 개발한 패치는 신소재와 첨단 프린팅 기법으로 제작되어 얇고 투명한 데다 유연하며 무선 충전 및 휴대가 가능하다.
박장웅 연구위원은 “이번 연구로 모든 구성요소가 투명하고 동시에 유연한 무선충전 온열패치를 최초로 선보였다”며 “미용 산업 및 의료 분야 등에 다양하게 활용될 뿐 아니라 피부에 부착하는 차세대 웨어러블 기기 플랫폼이 될 것으로 기대한다”고 말했다.
이 연구는 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters, IF 11.238)’에 7월 8일 게재됐다.