초록 ▼

□ 연구개요
본 제안연구는 기존 반도체, 기판, 전극을 실크 단백질, 멜라닌 천연 소재들로 대체하고, 이들의 계층적 설계에 의한 물성개질과 단백질 플랫폼에 집적을 통해 인체 조직와 무결한 인터페이스를 지닌 인공 광·전 생체조직의 구현을 제안한다. 차세대 헬스케어 산업의 중요 방향인 개인 맞춤형 의료를 위해 인체 내 생체신호의 분석 및 조절은 필수적으로 광자와 전자를 활용하는 광·전 소자의 응용 가능성은 무궁무진하다. 그러나 기존 반도체, 합성 고분자 소재로 습윤하고 역학적 변형이 존재하는 생체조직에서 안정적으로 구동하고 면역반

□ 연구개요
본 제안연구는 기존 반도체, 기판, 전극을 실크 단백질, 멜라닌 천연 소재들로 대체하고, 이들의 계층적 설계에 의한 물성개질과 단백질 플랫폼에 집적을 통해 인체 조직와 무결한 인터페이스를 지닌 인공 광·전 생체조직의 구현을 제안한다. 차세대 헬스케어 산업의 중요 방향인 개인 맞춤형 의료를 위해 인체 내 생체신호의 분석 및 조절은 필수적으로 광자와 전자를 활용하는 광·전 소자의 응용 가능성은 무궁무진하다. 그러나 기존 반도체, 합성 고분자 소재로 습윤하고 역학적 변형이 존재하는 생체조직에서 안정적으로 구동하고 면역반응 등을 유발하지 않는 생체적합성을 지닌 광·전 소자를 구현하기는 불가능하다.
본 연구자는 이미 자연에는 빛을 내거나 반도체 물성을 지닌 소재들이 존재하며 이들이 상기 목적을 달성하기에 적합함에 착안, 다년간 계층적인 물성 설계를 통해 이들 천연 소재들을 레이저, 포토스위칭 등 광·전 소자로 가져오기 위한 노력을 경주하여 왔다. 여기서는 이들 소재들을 실크 단백질 기반 인공 생체조직 플랫폼에 통합하고자 하며, 더 나아가 모션센싱, 도파민 등 생활성 물질 검지, 그리고 인체집적 소자 구동 에너지원 등을 구현하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 제안연구는 다음과 같이 3개의 세부연구목표로 나누어 추진될 예정이다.
◎ 세부연구목표 1: 실크 단백질을 분자 수준부터 계층적으로 설계하여 생체조직과 같은 물성을 지닌 단백질 하이드로젤 구현
· 연구결과
- 실크 단백질 분자들의 가교결합을 나노에서 매크로를 아우르는 광범위한 계층적 설계를 통해 유도함으로써 생체조직과 유사한 물성을 지닌 하이드로젤 구현
- 신축성, 유연성, 생분해성에 대한 정량적 분석 및 광학적 투과도 확보
- 피부와 습윤한 생체조직과의 우수한 접착력 확보
- 상용화 된 밴드 수준의 수증기 투과도 확보
◎ 세부연구목표 2: 바이오 반도체, 광학 능동 소재를 집적한 인공 광·전 생체조직 구현
· 연구내용
-멜라닌의 합성 및 나노입자와 나노박막 등의 형태로 구현
-실크 단백질 하이드로젤에 멜라닌 나노소재 집적 성공
-전기 전도특성 및 빛의 입사에 따른 전도 특성의 조사를 통해 멜라닌의 반도체 물성 확보
-포토 스위칭 소자 구현
◎ 세부연구목표 3: 인공 광·전 생체조직을 활용한 생체 신호를 분석하는 검지 시스템 구현
· 연구내용
-피부 등 생체조직에 부착 된 상태에서 소자의 구동 확인
-마찰전기 에너지 소자 구현
-생체 신호에 의해 변하는 광·전 신호를 활용하여 진단 시스템의 가능성 확인

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 제안연구가 성공적으로 수행된다면 다음과 같은 기대효과를 예상할 수 있다.
- 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 개인 맞춤형 헬스케어 플랫폼 구현이 가능하다.
- 융합연구의 확장성이 우수하다. 바이오 분야에서 활발하게 연구되어온 센싱, 진단, 치료 목적을 위한 바이오 소재들의 생·화학적 개질 연구들이 본 연구 성과물에 적용될 수 있다. 반대로 물리학 분야에서 연구되어 온 다양한 광·전 소자의 구동원리들도 인공 생체조직에 적용될 수 있다. 이는 제안연구에서 달성할 플랫폼을 바탕으로 폭 넓은 응용이 가능함을 의미한다.
- 농업 및 바이오 분야에서만 연구되어 온 천연소재들의 새로운 고부가가치 창출이 가능하다.
- 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. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 36