나노∙마이크로 계층 구조 기반의 항바이오파울링 신축성 필름 개발 및 생분해성 전자소자용 보호막 소재 응용
생분해성 전자소자는 사용 목적을 달성한 후 체내 혹은 수용액 내에서 해로운 부산물 없이 녹아 사라지는 혁신적인 기술입니다. 일반적으로 모든 전자 기기는 결함 없이 오래 사용되기를 기대하지만, 이 기술은 정반대의 개념을 도입하여 환경 오염과 의료적 한계를 동시에 극복하고자 합니다. 주요 소재로는 마그네슘이나 아연 같은 금속과 실리콘, 그리고 특정 고분자들이 사용됩니다. 이러한 소재들은 물 분자와 반응하여 서서히 용해되는 가수분해 과정을 거치며, 그 결과 시간이 지남에 따라 물리적 형태가 사라지게 됩니다. 이 기술의 가장 큰 파급력은 바이오메디컬 임플란트 분야에서 나타납니다. 기존의 스텐트나 고정용 스크류는 환자가 회복된 후 이를 제거하기 위해 재수술을 해야 하는 번거로움과 감염 위험이 있었습니다. 하지만 생분해성 소재를 활용하면 체내에서 기능을 다한 뒤 스스로 소멸하므로 2차 수술을 피할 수 있습니다. 더 나아가 뇌파 모니터링, 심장 자극, 약물 전달 등 능동적인 전기적 기능을 결합함으로써 감염 리스크를 줄이고 환자의 고통을 현저히 낮추며 의료 효율성을 극대화할 수 있는 잠재력을 가집니다. 성공적인 생분해성 임플란트 구현을 위해서는 고성능 인캡슐레이션 레이어가 필수적입니다. 소자가 체내 수분에 직접 노출되면 의도한 시간보다 빠르게 분해될 수 있으며, 표면에 세포가 달라붙는 바이오파울링 현상으로 인해 신호 왜곡이나 기능 저하가 발생할 수도 있습니다. 또한 인체의 장기와 조직은 매우 부드럽고 탄력적이기 때문에 소자와 인캡슐레이션 레이어 역시 신축성을 갖추어야 합니다. 따라서 수분 차단력, 안티바이오파울링 기능, 그리고 유연한 신축성이라는 세 가지 조건을 모두 만족하는 소재 연구가 매우 중요합니다. 연구진은 락타이드와 카프로락톤을 결합한 PLCL 고분자를 합성하여 약 1,000% 이상의 신축성을 확보했습니다. 여기에 마이크로 단위의 필라(Pillar) 구조를 형성하고, 실리콘 기반의 유기실리콘 나노와이어(OSN)를 연쇄 반응으로 성장시켜 계층적 나노-마이크로 구조를 완성했습니다. 이러한 구조는 표면의 소수성을 극대화하여 물방울이 닿자마자 굴러떨어지는 초발수성을 구현합니다. 이는 외부 수분으로부터 소자를 보호하여 수명을 조절하는 동시에, 단백질이나 세포가 표면에 쉽게 부착되지 못하도록 방어하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 실제 실험 결과, 개발된 인캡슐레이션 레이어는 마그네슘 전극과 광전자 소자의 작동 수명을 획기적으로 연장하는 성능을 보였습니다. 쥐의 피하 조직을 이용한 생체 적합성 테스트에서도 주변 조직에 염증 반응이나 섬유화 현상이 거의 나타나지 않았으며, 우수한 세포 부착 억제 능력을 입증했습니다. 이는 제안된 플랫폼 기술이 생분해성 전자소자의 안정적 작동을 보장하는 핵심 기술임을 시사합니다. 향후 이 기술은 다양한 바이오메디컬 기기에 적용되어 환자 맞춤형 치료와 차세대 의료 시스템의 발전을 이끌 것으로 기대됩니다.
