나노구조체가 전사된 전기방사 섬유의 개발과 웨어러블 헬스케어 응용 컨셉. 사진제공=KAIST땀의 미세한 포도당 수치 진단이 가능하고 다양한 기능성 의복의 고안 및 웨어러블 시스템 영역을 확장하게 할 기술이 개발됐다.
KAIST는 기계공학과 박인규 교수와 한국기계연구원(KIMM) 정준호 박사 공동연구팀이 ‘전기방사 섬유 상 금속 및 금속산화물 기반 나노구조체 전사 기술’을 개발했다고 13일 밝혔다.
최근까지도 다양한 웨어러블 시스템을 위한 섬유의 기능화를 위한 시도가 이뤄지고 있다. 그중에서 나노구조체의 전사 기술은 섬유의 굴곡진 형상과 낮은 표면 접착력으로 인해 웨어러블 시스템을 위한 기능성 섬유 제조에 있어서는 한계를 마주했다.
연구팀은 일상 속 웨어러블 헬스케어 응용을 위해 기반 고분자의 열적 거동 특성(열 변형 특성) 및 산소 플라즈마 처리를 통한 표면 특성을 고려해 신축성이 우수한 마이크로 스케일의 전기방사 섬유 위 금속·금속산화물 나노구조체의 안정적인 전사를 처음으로 선보였다.
연구팀은 금속·금속산화물 기반의 정교한 나노구조체를 수 마이크로 스케일의 곡면 형태인 전기방사 섬유 위에 전사하는 안정적인 공정을 개발했다. 나노 원형, 마이크로 원형, 나노 사각형, 나노 그물, 나노 라인, 나노 십자가와 같은 다양한 구조체의 전기방사 섬유 상 전사가 가능할 뿐 아니라 금, 은, 알루미늄, 니켈과 같은 금속 재료부터 이산화티타늄, 이산화규소와 같은 금속산화물까지 다양한 재료의 나노구조체 전사가 가능해졌다.
연구팀은 열 성형이 가능한 열가소성 고분자를 선정해 안정적으로 섬유화했고 산소 플라즈마 처리를 통한 나노구조체 지지 고분자의 식각과 표면 개질로 인한 화학적 결합 증진을 유도한 바 있다. 이는 착용할 수 있는 전기방사 섬유 위에 나노구조체가 결합돼 다양한 기능성 의복의 고안 및 웨어러블 시스템 영역을 확장할 것이라는데 의미가 크다.
연구를 지도한 KAIST 박인규 교수는 “이번에 개발된 차세대 전기방사 섬유상 나노구조체의 전사 공정은 본질적인 문제인 섬유 상 나노구조체의 적용 한계, 낮은 범용성, 대량 생산의 어려움을 해결할 수 있을 것”이라며 “추후 웨어러블 헬스케어 응용을 포함한 다양한 웨어러블 시스템으로 확장될 수 있고 웨어러블 나노기술의 압도적 선도 국가가 되기 위한 발판이 될 것ˮ이라고 연구 의의를 설명했다.
KAIST 기계공학과 하지환 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 저명 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’ 2024년 4월 온라인판에 출판됐다.
KAIST 기계공학과 박인규 교수
