세상에서 가장 얇은 잉크 코팅한 반도체 필름과 이를 이용해 눈물로 혈당을 체크할 수 있는 기술이 개발됐다.
임유승 미국 UCLA대학 나노시스템 연구소(California NanoSystems Institute, CNSI) 및 재료공학과 연구원은 잉크기반으로 3㎚ 두께 초단막 형태 반도체를 대면적에 균일하게 형성시키는 방법으로 바이오센서를 만드는 데 성공했다고 4일 밝혔다. 연구에는 재료, 화학, 바이오 공학을 각각 전공한 UCLA 소속 3명의 교수진(양양, 폴 와이즈, 앤 앤드류)이 참여했다. 연구 결과는 지난달 나노기술분야 세계 권위지 에이시에스 나노(ACS Nano) 표지논문(Cover article)으로 게재됐다.
반도체기반 바이오센서는 높은 민감도 특성과 소형화가 가능하기 때문에 차세대 웨어러블 센서로 주목받고 있다. 높은 민감도와 빠른 응답 특성을 구현하기 위해 1차원 또는 2차원 나노구조체를 활용한 연구가 활발히 진행돼 왔다. 하지만 디바이스 양산을 위한 센서의 균일한 전기적 특성, 심플하고 빠른 대면적 공정기술은 기술적 난제로 남아 있었다.
연구를 주도한 임유승 연구원은 “세계 최초로 프린팅 기법으로 대면적에 평균 머리카락 두께의 약 3만분의 1 이하 초단막 반도체층이 단일원자층 또는 나노구조체 수준의 민감도를 가지면서도 반도체 기본특성을 유지하는 비정질 기반 박막을 이용했다”며 바이오센서 제조 배경에 대해 설명했다. 연구팀은 이 센서를 이용해 혈액보다 10배 이상 낮은 눈물 속 혈당수치 변화를 실시간 검출하는데 성공했다. 피부와 콘택트렌즈에 부착 가능한 얇은 필름 위에 센서를 형성해 반복적인 구겨짐과 말림현상 후에도 소자 특성이 변하지 않는 구조를 동시에 구현했다. 현재 연구진은 이 혈당센서를 콘택트렌즈 타입으로 제작하기 위한 추가 연구 중이다. 임 연구원은 “초단막 산화물 반도체 연구는 그래핀, 탄소나노튜브 등 우수한 차세대 반도체 재료 장점과 프린팅 기술이 더해져 센서뿐 아니라 트랜지스터, 다이오드 등 반도체 기본 소자와 응용분야를 아우를 수 있는 기본 재료 및 공정기술로써 주목할 만 하다”고 말했다. 임 연구원은 또 “이번 연구결과를 토대로 신경전달물질을 검출해 퇴행성 뇌질환 조기 진단 등이 가능한 플랫폼 개발에 성공했다”며 “성능 향상을 통해 웨어러블 센서로 발전시키는 등 저가 바이오센서 상용화에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 임 연구원은 가천대를 나온 뒤 연세대에서 전기전자공학 박사학위를 받았다. 스탠퍼드대학 연구원을 거쳐 현재 UCLA에서 바이오 및 광센서 관련 연구 중이다. 지난해에는 다양한 전자소자관련 연구결과로 UCLA 최신과학기술 및 미국화학회 최신 산업 연관 기술에 선정됐다. 또 에디터 우수논문 등에도 채택됐다.
박희범 기자 | hbpark@etnews.com 기자의 다른 기사 보기