나노기술 및 정책 정보

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로봇 공학 분야에서 금속은 강도, 내구성 및 전기 전도도와 같은 장점을 제공하지만, 무겁고 견고함. 웨어러블 컴퓨팅 및 인간-기계 인터페이스를 위한 부드럽고 유연한 시스템에서는 바람직하지 않은 속성임. 반면에 하이드로젤은 가볍고 신축성이 있으며 생체 적합성이 뛰어나 콘택트 렌즈 및 조직 공학 스캐폴딩에 탁월한 소재임. 그러나 디지털 회로 및 생체 전자 응용 분야에 필요한 전기를 전도하지 못하는 단점이 있음.

미국 카네기멜론 대학 연구진은 높은 전기 전도도를 가지고 있으며 부드러운 컴플라이언스와 변형성을 유지하면서 직류를 전달할 수 있는 독특한 은-하이드로젤 복합재료를 개발함.

연구진은 폴리 아크릴 아미드-알지네이트 하이드로젤 매트릭스에 마이크로 미터 크기의 은 플레이크를 매달았음. 부분 탈수 과정을 거친 후 플레이크는 전기 전도성이 있고 기계적 변형에 강인한 침투 네트워크를 형성함. 이 탈수 및 수화 과정을 조작함으로써 플레이크를 서로 달라 붙거나 분리하여 가역적인 전기 연결을 형성할 수 있음.

금속과 하이드로젤을 결합하려는 이전의 시도는 향상된 전기 전도성과 낮은 컴플라이언스 및 변형성 사이의 균형을 보여주었음. 연구진은 액체 금속으로 신축성 있고 전도성이있는 엘라스토머를 개발하는 전문 지식을 바탕으로 이 문제를 해결하고자 했음.

높은 전기 전도성과 높은 컴플라이언스 또는 '조잡함'을 갖춘 이 새로운 복합재는 바이오 전자 공학 및 그 이상의 분야에서 많은 응용 분야를 가질 수 있음. 예를 들면 신호 처리용 센서가 있는 뇌용 스티커, 전자 기기에 전력을 공급하는 웨어러블 에너지 생성 장치, 신축성 디스플레이가 있음.

은-하이드로젤 합성물은 스크린 인쇄와 유사한 스텐실 리소그래피와 같은 표준 방법으로 인쇄할 수 있음. 연구진은 이 기술을 사용하여 신경근 전기 자극을 위한 피부 장착 전극을 개발함. 연구진에 따르면 이 복합재는 피부 위의 두 번째 신경 조직 층처럼 인체의 넓은 영역을 덮을 수 있다고 함.

향후 응용 프로그램에는 파킨슨 병으로 인한 떨림이 있는 사람을 돕거나 뇌졸중 후 손가락으로 무언가를 잡는 데 어려움이 있는 사람을 돕는 것과 같은 근육 장애 및 운동 장애 치료가 포함될 수 있음.

본 연구 성과는 Nature Electronics ("An electrically conductive silver–polyacrylamide–alginate hydrogel composite for soft electronics")에 게재됨