나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국과학원 선전(深圳) 선진기술 연구원 산하 "마이크로 나노 시스템 및 바이오닉스 의학 연구 센터" 우톈준(吳天準) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 실행하는 과정에서 이산화티타늄(TiO2)에 기반 한 폴리도파민(polydopamine, PDA) 바이오닉스 폴리머를 이용하여 인텔리전트 플렉시블 신경 전극(Intelligent flexible neural electrode)을 제조하는 새로운 방법을 개발하였는데 동 방법은 중합 시간을 뚜렷이 단축시키고, 백금 나노 와이어(Pt NWs)와 결합하여 전극 수정을 실행할 수 있을 뿐만 아니라 강한 접착성을 보유하고, 우수한 전기학 성능을 보유할 수 있도록 하는 것으로 나타났음.

최근 년 간 인텔리전트 플렉시블 전자는 웨어러블, 이식 가능한 분야에서 신속하게 발전하고 있으며, 일종 바이오닉스 전극 소재로서 조작이 쉽고 생물 호환성이 좋고 원가가 저렴한 효율적인 제조 방법 개발이 절실히 필요한 상황이며, 전통적인 플렉시블 전자 디바이스 제조 공법은 보편적으로 플렉시블 기판과 금속 전기 전도 층 영계수(Young's modulus) 간의 격차를 확대시키고, 접착력을 떨어뜨리고, 층을 쉽게 분리시키고, 효과를 잃게끔 하는 상황에 처해 있음.

비교적 이상적인 자극/기록 성능에 도달하도록 하고, 마이크로화 된 전기화학 커패시터로 하여금 극히 높은 저장 밀도에 도달하도록 하여 더욱 이상적으로 인조 달팽이, 인조 망막, 심층 대뇌 자극기 등 신경 보형물 분야에서 응용될 수 있도록 하는 것은 중요한 의미가 있으며, 도파민(DA) 바이오닉스 폴리머 및 파생물 표면에 대량의 불포화 화학 키를 보유할 수 있도록 하면 플렉시블 전자 디바이스 완충 층으로 사용할 수 있어 전통 공법을 이용한 물리 접착을 대체할 수 있기 때문에 거대한 응용 전망을 보유하고 있음.

전통적인 폴리도파민(PDA)의 바이오닉스 필름은 성형 속도가 늦고 전극 수정 소재 공법이 복잡할 뿐만 아니라 기판의 접착 성능이 일반적으로 비교적 떨어지는 상황인데, 이런 문제점을 해결하기 위해 우톈준(吳天準) 연구원 연구팀은 기존의 신경 전극 표면 관련 연구 경험을 기반으로 하고 나노 이산화티타늄(nano-TiO2) 첨가를 통해 바이오닉스 PDA 접착성 필름 성형을 대폭 가속화 하고 이런 필름을 전기 전도 접착 층으로 사용하고 Pt NWs에 대한 재수정을 통해 우수한 전기학 성능을 취득하는데 성공하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 전통적인 자외선 조사 하에서 성형하는 방법에 비해 PDA 필름이 실온 하에서 침적되는 속도가 10배 이상이나 향상되고 1h 이내에 성형이 가능하며, nano-TiO2의 추가는 Pt NWs와 PDA 킬레이트 비율(chelate rate)을 뚜렷이 향상시키고 전극 제조 공법을 최대한 간소화할 수 있다는 점을 발견하였음.

연구팀이 개발한 새로운 방법으로 제조한 전극 면 저항은 0.0968 kΩ cm2 수준(수정하지 않은 전극보다 99.88% 낮은 수준임)에 달하고, 음극 전하 저장 능력(CSCc)은 234.4 mC/cm2 수준에 달하여 전통적인 스퍼터링(Sputtering) 공법으로 제조한 금속 티타늄/백금 전극의 13.5배 수준에 달하였으며, 더욱 뚜렷한 광전류 극화 응답 특징을 보유하고 있는 것으로 나타났음.

그 외, PDA/TiO2/PtNW 수정 층과 전극 기판의 접착성이 높기 때문에 원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 전극의 가공 제조 효율성과 전기학 성능을 대폭 향상시킬 수 있는 것으로 나타났음.

연구팀이 이번 연구를 통해 취득한 연구개발 성과는 조작성이 강하고 폭넓은 응용 전망을 보유하고 있음.

연구팀은 이번 연구개발을 통해 플렉시블 전극 제조를 위한 새로운 아이디어를 제시하였으며, 연구팀이 취득한 연구개발 성과는 향후 신경 이식 체, 바이오센서 혹은 약물 로드 광전기 전극 소재 등 실제 응용 분야에서 폭넓게 응용될 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 미국화학회(ACS)의 'Applied Materials & Interfaces' ("Fast Polymerization of Polydopamine Based on Titanium Dioxide for High-Performance Flexible Electrodes")지에 게재됨.