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  • 신진연구자 인터뷰

    신진연구자 인터뷰는 기계공학과 건설공학 분야의 젊은 연구자들의 연구성과를 알리고자 기획되었습니다.
    대상은 박사과정 이상 40세 미만의 연구자로 뚜렷한 연구성과가 있으면 언제든 참여 가능합니다.
    또한 주변에 추천할 만한 연구자가 있으면 추천을 부탁드립니다. (ariass@naver.com)

    • 이원령(Wonryung Lee)
      유기전자소자를 활용한 극박막 생체전기 & 생체화학 센싱 플랫폼 개발
      이원령(Wonryung Lee)(KIST)
      이메일:wrlee at kist.re.kr
      1830 4 1
    1. 본인의 연구에 대해서 자세한 소개를 부탁 드립니다.

    - 디바이스의 두께를 아주 얇게 만든다면, 뇌 표면과 신체 내부의 장기의 복잡한 표면에도 뜬 공간 없이 잘 접합합니다. 두께를 아주 극한 까지 줄인 디바이스를 극박막형 디바이스(Ultra-flexible device)라 합니다. 제가 주로 하는 연구는 이 극박막형 디바이스를 활용 하여, 생체 내부의 복잡한 표면에서 다양한 생체 정보를 센싱 할 수 있는 디바이스를 개발 하는 것입니다. 생체 내에서 측정 할 수 있는 정보는 생체물리신호, 생체화학신호가 있습니다. 저는 학위 중에는 생체 물리신호, 대표적으로 위치에 따른 멀티 생체전기신호를 대면적으로 측정 하는 극박막 센싱 디바이스를 주로 개발 해 왔고, 현재는 pH, 포도당, 젖산, 단백질 등의 생체화학신호를 멀티 타겟을 측정하는 연구를 하고 있습니다.



    2. 주로 생체에 삽입하거나 부착가능한 유연한 전자소자와 센서를 개발하고 계신걸로 알고 있습니다. 이러한 소재들의 역할과 필요성, 앞으로의 발전방향에 대해서 이야기 해주세요.

    - 생체 삽입형 센서 개발은 생물 모델 확립, 생체적합성 재료, 기계적 안정성, 전력송수신 회로, 고증폭센싱 회로, 고기능성 회로 등과 같은 기계, 재료, 전기전자의 특성을 전부 갖춘 융합 연구 입니다. 생체삽입형 센서 발전 방향은 각각의 전공 기술에 따라 요구되어 지는 점이 아주 많습니다. 하지만, 대표적으로 아주 발전이 더딘 부분은 바로 생체삽입형 배터리 기술입니다. 삽입형으로 오래 쓰려면 아무래도 회로 내 배터리가 필요한 부분이지만, 생체 적합성을 고려하는 박막형 배터리 연구가 잘 이루어져 있지 않습니다. 따라서 앞으로는, 이런 배터리 기술들이 개발 되어, 삽입형 센서들과 직접화 되는 연구가 좀더 활발히 되어야한다 생각합니다.


    3. 2018년에 여러 연구자들과 유기 태양전지를 이용해 별도의 전원 없이 심장박동을 측정할 수 있는 전자피부를 설계하여 Nature에 게재가 되셨는데 이에 관해서 설명을 부탁드립니다.

    - 2번에서 말씀 드린 내용 중에 배터리와의 직접화가 필요하다고 말씀 드렸는데, Nature 논문 연구의 처음 모티베이션은 바로 여기서 시작되었습니다. 센서에 자체 배터리를 탑재 하는 장점 중에는 무선 송신을 위한 어플리케이션에 사용하는 점도 있지만, 측정된 신호의 노이즈를 줄여 줄 수 있는 점이 있습니다. 생체신호를 전기신호로서 읽어 드릴 때의 방해되는 노이즈 요소 중에 하나가 바로 측정기에 연결되는 AC 전원 코드입니다. AC 전원을 DC로 바꿔서 전기신호 측정기를 동작 시킬 때, 발전소에서부터 오는 50~60Hz의 전기 노이즈가 발생합니다. 보통, 전원 코드를 쓰는 디바이스에는 이 노이즈가 아주 작아 영향을 미치지 않지만, 생체 신호와 같은 민감한 신호를 읽어 드릴 때는 아주 큰 노이즈가 됩니다.

    박막형 화학 배터리 당시에도 지금도 극박막형 디바이스에 활용 하기 힘들었지만, 태양전지라면 이를 대체 할 수 있을 거라 생각했습니다. 생체 내부 부착형 센서가 많이 활용 될 곳은 아무래도 수술이 필요하다 보니, 수술 조명이 있는 수술실에서 태양전지로 발전을 하면서 사용하면 배터리를 대체 할 가능성이 많다고 생각했습니다. 이에 저희는, 완전 생체 삽입형 배터리 탑재 생체신호 센서의 개발에 대하여 과도기 적인 디바이스로서, 수술 조명을 활용하여 자체 전원으로 저노이즈 측정이 가능한 태양전지 직접화형 생체신호센싱 디바이스를 개발 하고자 하였습니다. 실제, AC 전원, 일반적인 DC 배터리로 전원 공급을 했을 때 보다 훨씬 적은 노이즈를 보여주며 생체전기신호를 측정 하는데 성공 하였습니다.




    관련 영상: https://youtu.be/7HERLDdIaR8
    (해당 영상은 연령 제한 동영상으로 유튜브에서만 시청이 가능합니다.)


    4. 생체 센서는 현재 어떤 수준이고, 앞으로 어떠한 일들을 할수 있을까요? 또한 현재 극복해야될 문제가 있다면?

    - 생체 물리 신호 센서는 현재 병원에서 일반적으로 사용하는 디바이스를, 극박막형 디바이스로 대체 할 수 있을 만큼 많이 발전 되있습니다. 극박막형 디바이스를 활용 한다면, 현재 사용하는 무기질의 딱딱하고 두꺼운 디바이스를 대체 할 수 있어, 생체적합성이 많이 증가 될 것으로 예상합니다. 다만, 신체 내부에 부착하는 의료용 기기다 보니, 임상실험에 시간이 많이 걸리다 보니, 의료현장에 적용 하는데 아직 시간이 많이 필요합니다.

    하지만, 극박막형 생체 화학신호 센서는 아직 디바이스 자체에 개발이 필요한 부분이 많습니다. 아무래도 물리신호에서 계산적으로 필터링 가능한 물리적인 노이즈 보다 계산적인 필터링이 불가한 화학적인 노이즈 요소가 있다 보니 개발이 더딘 것이라 생각합니다. 따라서 앞으로 이 노이즈를 걸러 낼 수 있는 필터 물질과 디바이스와의 통합화가 필요할 것 같습니다.


    5. 영향을 받은 연구자가 있다면? 또한 어떤 영향을 받으셨는지 궁금합니다.

    - 아무래도 제가 뚜렷한 과학자의 꿈이 있어서 이 길을 온 것이 아니라, 학업 성취 과정에서 흥미가 생기고 재미를 붙였다 보니, 저희 지도 교수님인 소메야 타카오 교수님에게 영향을 많이 받았습니다. 저희 교수님께 배운 점 중에 가장 큰 것은 바로, 연구자로서의 연구관 및 전문성에 관한 철학입니다. 하나의 ‘실적’에 연연하지 않아도, ‘나의 전문성을 담겨진’ 연구에 집중 하다 보면, 실적은 나중에 자연스레 얻게 된다는 것입니다. 물론 국내 과학계에서는, 발간되는 논문 없이는 펀딩을 얻기 힘들어, 연구진행에 대한 미래 계획 및 내용보다는 ‘최근 실적’에 연연해야 해서 안타깝다고 생각합니다.


    6. 현재 소속된 KIST 생체재료연구단에 대해서 소개를 부탁드립니다.

    - 정확한 소속은 생체재료연구단 내에서도 대체재료연구팀에 있습니다. 현재 저 포함하여 PI가 5명이 계신데, 생분해성 금속 재료, 레이저를 활용한 생체적합성 재료에 초점에 맞춰져 있습니다. 저는 생체 내부에서의 반응성이 검증된 금속재료, 생체재료를 생체 신호 측정 및 치료 디바이스에 적용 하는 연구를 하려 하고 있습니다. 현재, 서울대학교에서 연수생으로 2021년 상반기 기준 3명과 같이 자체 개인연구팀을 꾸리고 있습니다. 융합 분야답게, 연수생의 전공도 기계공학, 재료공학, 바이오 각각 1명씩 분포하고 있습니다.



    7. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

    - 장기연구를 계획 및 진행 할 당시 앞으로 어떻게 완성 해야 하나 미리 계획을 짜다보면, 굉장히 멀고 지루한 작업처럼 느껴집니다. 실제 멀티 전기신호 센서의 연구를 시작할 때 지금 나온 논문의 대부분은 초기 실험을 수행 중에 기획 하였습니다. 공상과 같은 기획을, 구체화하는 아주 길고 지루하면서도 세심한 작업이 필요했습니다. 이때, 아무래도 혼자만 생각하다 보면, 연구방향이 샛길로 갈 확률이 높으니 좋은 파트너 (동료학생, 교수님)와 커뮤니케이션을 많이 하는 것이 중요하다 생각합니다. 결과적으로 시간이 많이 걸렸지만, 하나하나의 기술 요소가 세계 최초라는 타이틀로 완성 되어 갈 때 큰 희열을 느꼈습니다.


    8. 이 분야로 진학(사업) 하려는 후배들에게 조언을 해 주신다면?

    - 앞서 말씀 드렸지만, 극박막형 생체 신호 센서는 아주 복잡한 전공을 초월한 융합적 전공지식이 필요합니다. 실제, 이 분야에 계신 분들의 진로는 아주 다양합니다. 교수, 연구원은 물론이고, 전자, 재료회사, 혹은 바이오 디바이스 회사에 가시는 분도 계십니다. 따라서, 여러 분야에 관심이 있고 호기심이 많은 엑티브한 사람에게 잘 맞을 거라 생각합니다.


    9. 앞으로 진행할 연구 방향이나 목표가 있으시다면?

    - 현재 진행중인 생화학센서를 좀더 상용화 가깝게 연구하여, 화학적으로 질병 진단을 할수 있는 진단 플랫폼을 만들고자 하고 있습니다. 그리하여, 생체물리, 화학센서 전반적으로 적용 할 수 있는 디바이스 센싱 자체 플랫폼을 만들어 가는 연구를 진행하고 싶습니다.


    10. 다른 하시고 싶은 이야기들.

    - 연구에서 가장 중요한 것이 좋은 파트너를 만나는 것이라 생각합니다. 아무래도, 저는 해외에서 학위를 하다 보니, 국내에서 같이 연구를 만들어갈 파트너가 부족합니다. 이번 인터뷰를 통하여, 제 연구 기술 및 전공 분야에 관심을 가진 연구자들 분께서는 자유롭게 연락 및 소통 부탁 드리겠습니다.


    * 이원령 박사의 최근 대표논문들

    - "Solution‐Processed, Photo‐Patternable Fluorinated Sol–Gel Hybrid Materials as a Bio‐Fluidic Barrier for Flexible Electronic Systems" Advanced Electronic Materials 6 (3), 1901065 (2020).

    - "Nonthrombogenic, stretchable, active multielectrode array for electroanatomical mapping" Science Advances 4 (10), eaau2426 (2018).

    - "Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics" Nature 561 (7724), 516 (2018).

    - "Transparent, conformable, active multielectrode array using organic electrochemical transistors" PNAS 114 (40), 10554-10559 (2017).

    - "Integration of Organic Electrochemical and Field‐Effect Transistors for Ultraflexible, High Temporal Resolution Electrophysiology Arrays" Advanced Materials 28 (44), 9722-9728 (2016).
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    |2021.03.08
    관심이 많은 분야 입니다. 활동 영역은 많이 다르지만 도움 될 자료가 필요하시면 최대한 공유하겠습니다.
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