IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 김대형 나노입자연구단 부연구단장과 현택환 단장 등 공동 연구팀이 높은 신축성과 전도성을 띠면서도 인체에 독성이 없는 전도성 고무(금-은나노복합체·Ag-Au nanocomposite)를 개발했다고 14일 밝혔다.

이번에 개발한 전도성 고무는 최대 840%까지 늘어나는 기계적 변형에도 안정적으로 전기신호를 전달할 수 있다. 다양한 웨어러블 디바이스와 신체 삽입형 의료기기에 응용 가능하다.

연구팀은 금(Au)이 입혀진 길이가 긴 은(Ag) 나노 와이어(금-은나노와이어)와 고무 성분인 스티렌-부타디엔-스티렌(Styrene-Butadiene-Styrene) 엘라스토머를 섞어 전도성 금-은나노복합체를 만들었다.
 
스티렌-부타디엔-스티렌 엘라스토머는 플라스틱과 고무의 성질을 갖고 있는 합성수지다. 스티렌(C8H8)과 부타디엔(C4H6)으로 만들어진 열가소성고분자다. 열과 압력에 의한 가공이 쉽고 잘 늘어난다.

이번에 개발한 금-은나노복합체는 기존에 연구된 전도성 고무와 비슷한 전도도 영역에서 최고 840%의 신장력을 기록했다. 기존 은나노와이어 복합체의 문제였던 독성과 산화현상 문제도 해결했다.

은 나노와이어는 높은 전도성과 안정적인 전기특성으로 각광받았으나 독성으로 인해 활용이 어려웠다. 이번 연구에서 길이가 긴 은나노와이어 표면에 손상 없이 균일하게 금을 입혀 생체 독성을 유발시키는 은 이온 유출을 차단해 생체 친화성을 높였다. 또 물에 산화되기 쉬운 생체 환경 내에서도 오래 사용할 수 있는 내구성도 갖췄다.

연구팀은 금-은나노복합체를 그물 형태로 제작해 동물 실험을 진행했다. 그물 형태의 금-은나노복합체는 돼지의 심장을 감싸 심장 신호의 변화를 모니터링하고 전기 자극을 주는데 성공했다. 넓은 면적이라 심장 움직임에 전혀 영향을 주지 않으면서도 부정맥 등 심장 이상이 있을 때 효과적으로 전기 자극을 가해 치료를 수행했다.

금-은나노복합체는 피부에서 발생하는 다양한 전기 신호를 측정해 신체 상태를 모니터링 할 수 있다. 금-은나노복합체에 전극과 히터를 내장시키면 전기 자극이나 열 자극을 동시에 구현해 간단한 물리치료가 가능하다. 이때 자유자재로 늘어나기 때문에 움직임에도 큰 불편함을 주지 않는다는 것도 장점이다.

김대형 IBS 부연구단장은 "이번에 개발한 금-은나노복합체는 고전도성, 고신축성, 생체 친화적이어서 향후 바이오메디컬디바이스 발전에 기여할 것"이라며 "피부에서나 인체 삽입형 의료기기에 모두 활용이 가능할 것"이라고 전망했다.

한편, 이번 연구 성과는 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 온라인 판에 14일 자로 게재됐다.