초록 ▼

□ 연구개요
물리기반 소자의 헬스케어 적용과 이들의 인체집적을 통한 생체정보의 수집은 미래 패러다임 변화를 이끌 주요 연구 분야이다. 그러나 습윤하고 변형이 심한 생체조직에서 구동이 가능한, 그러면서 생체독성이 없는 소자를 구현하기 위해서는 기존 소재, 소자 개념들의 적용은 부적절하기에 새로운 접근법이 요구된다. 본 제안과제는 세계 최초로 천연 바이오 소재들로 구성한 광자결정 집적 광전소자의 구현을 목표로 하고 있다. 주요 소재들은 광전특성을 지닌 멜라닌 나노입자, 광전소자와 전극을 안정적으로 지지할 생체적합 투명기판인 실크

□ 연구개요
물리기반 소자의 헬스케어 적용과 이들의 인체집적을 통한 생체정보의 수집은 미래 패러다임 변화를 이끌 주요 연구 분야이다. 그러나 습윤하고 변형이 심한 생체조직에서 구동이 가능한, 그러면서 생체독성이 없는 소자를 구현하기 위해서는 기존 소재, 소자 개념들의 적용은 부적절하기에 새로운 접근법이 요구된다. 본 제안과제는 세계 최초로 천연 바이오 소재들로 구성한 광자결정 집적 광전소자의 구현을 목표로 하고 있다. 주요 소재들은 광전특성을 지닌 멜라닌 나노입자, 광전소자와 전극을 안정적으로 지지할 생체적합 투명기판인 실크 단백질, 그리고 유연 투명전극인 나노선 네트워크이다. 바이오 소재와 광소자에 대한 연구역량을 바탕으로 빛의 흡수를 증폭할 광자결정 구조를 멜라닌 나노입자로 구현하여, 이를 투명전극과 함께 실크 단백질 매트릭스에 집적한다. 이를 통해 효율적으로 빛의 노출여부에 따라 전기신호가 변화 또는 생성되는 광전소자를 구현하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제의 연구목표는 바이오소재 기반 신개념 광전소자 구현을 실크 단백질, 멜라닌 나노입자, 은 나노선을 활용하여 구현하는 것이다. 목표 달성을 위해 수행한 연구의 결과물을 정리하면 다음과 같다.
(1) 멜라닌 나노입자 합성과 물성 연구
- 100 nm ~ 350 nm 직경의 멜라닌 나노입자 합성. 편차는 20%내. 굴절률 정보 확보.
- 입자 퇴적 시 특정 파장에서 강한 산란이 일어남 확인. FDTD 시뮬레이션으로 검증.
- Hydrated 상태에서 전도도를 가지며, 빛에 의해 증폭됨을 확인
- 반도체 특성을 보여주며, p-type에 가까움을 확인
(2) 실크 단백질 물성 개질과 전극형성
- 실크 분자를 나노에서 매크로를 아우르는 계층적 결합유도를 통해 실제 피부와 유사한 물성을 지닌 하이드로젤로 구현
- 은 나노선이 실크 단백질 필름 내 안정적으로 집적된 전극 형성. 80%이상의 투과, 15 Ω/cm² 이하의 면저항을 보여줌.
(3) 피부모사 인공 광전생체조직 구현 및 응용
- PDMS/Silk 하이브리드 구조를 형성. 외피/내피를 지닌 실제 피부를 모사한 소자 구현.
- 레이저 조사 시 전류 증가 현상 관찰 및 파장에 따른 증가폭 관찰.
- 도파민 센서, UV meter 등의 센서 응용 연구수행

□ 연구개발결과의 중요성
본 제안연구가 성공적으로 수행된다면 다음과 같은 기대효과를 예상할 수 있다.
(1) 기존 소재적용의 한계가 명확한, 현재 진행 중인 바이오 기능성 소자의 인체집적 연구에 있어 새로운 돌파구를 제시한다. 진정한 의미의 인체집적 후 외과수술 없이 자연스럽게 인체 내에서 소멸될 수 있는 독립 구동 헬스케어 플랫폼 구현이 가능하다.
(2) 융합연구의 확장성이 우수하다. 바이오 분야에서 활발하게 연구되어온 센싱, 진단, 치료 목적을 위한 바이오 소재들의 생·화학적 개질 연구들이 본 연구 성과물에 적용될 수 있다. 이는 응용범위를 폭 넓게 확장할 수 있음을 의미한다.
(3) 1차 산업의 저부가가치 산물로 인식되어온 천연물의 고부가가치 창출이 가능하다.
(4) 그동안 잘 알려지지 않았던 바이오 소재들의 물리적 특성에 대한 이해과 관심을 높이고, 이들의 첨단 소재로서 새로이 재발견할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 13
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 37