▲ 신정웅 석박사통합과정(왼쪽, 제1저자), 황석원 교수(오른쪽, 교신저자)
우리 학회 회원인 KU-KIST융합대학원 황석원 교수 연구팀이 삼성서울병원팀과 순천향대와의 공동연구를 통해 자연에서 유래한 물질인 유기산과 탄산염을 이용하여, 사용자가 능동적으로 자가소멸(self-destruction) 시킬 수 있는 전자시스템에 관한 연구를 진행했다. 해당 기술은 향후 보안수준이 높은 군, 정부 기밀사항과 관련된 통신 및 데이터 보안 시스템에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구결과는 세계적인 학술지 ‘ACS Nano’ 11월 29일자로 온라인에 게재됐다.
연구팀은 수용액 상에서 유기산의 일종인 시트르산(citric acid)와 탄산수소소듐(sodium bicarbonate)이 만나면 폭발적인 가스 생성반응이 일어나는데, 이를 유연한 전자 소자의 고분자 기판(substrate)과 미세유체 시스템(microfluidic system)에 적용하여 물 자극으로 신속하게 소멸하는 형태를 다양하게 입증했고, 반응물과 생성물이 인체와 환경에 무해한 물질로 이루어져 있어 생체 친화적인 자가 소멸 방식의 전자시스템을 구현했다고 밝혔다.
현재까지 제시된 방식으로는 열, 빛, 전기, 용매 등 다수의 유도 자극을 통해 전자 소자를 소멸시키는 자극형 자가소멸 시스템을 선보였다. 그러나 기존의 방법들은 전자 소자들을 빠르게 소멸시킬 수 있지만, 기본 반응물 또는 생성물들이 독성이 있어서 소멸 전후로 환경오염, 인체에 유해성을 나타내기 때문에 2차적인 문제를 초래할 수 있는 단점이 존재한다. 이에 반해, 본 연구는 전자 소자를 기타 오염물질을 발생시키지 않고, 보안 위협 등의 상황에서 1분 내로 신속하게 제거하거나 (예, Kill Switch, Boeing Black), 전자폐기물을 발생시키지 않는 친환경적인 전자 제품의 처분 방식으로 응용할 수 있는 기반 기술을 개발했다.
볼 밀(ball mill)을 도입한 기계적인 물성 조절 연구를 통해 유기산과 탄산염 입자들을 수 μm 크기 내로 분쇄해 미세하게 만들어 유연/신축 상질의 고분자들과 균일하게 혼합할 수 있어, 다양한 기판 제작이 가능하다. 이를 기반으로 여러 전자 소자들을 이 복합체 기판 위에 집적화하는 기술을 통해 전자시스템들을 구성했으며, 안정적으로 동작하는 성능을 확인했다. 또한, 소멸을 유발하는 화합물의 생체적합도 실험을 통해 염증 유발 및 조직 손상도가 대조군에 비해 조직학적으로, 면역학적으로 특이점이 발견되지 않아 유발 물질의 생물학적 안정성을 확인했다.
황석원 교수는 “이번 연구결과는 완전한 생분해성, 생체 친화성 소재로 능동제어 가능한 주문형 자가소멸 시스템을 구현하였고, 이를 통해 현재 큰 사회적 문제가 되는 전자기기 폐기물 처리 같은 환경문제의 해결책으로 제시될 수 있으며, 또한 군사 및 기밀 정보를 다루는 보안 시스템에 적용해서 정보유출 방지 솔루션을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 연구 의의를 밝혔다.
▲그림1. 생체 친화적 물질 기반의 자가소멸 시스템. A. 상용 IC 칩과 분해 가능한 소자로 이루어진 무선으로 동작 가능한 자가소멸형 전자시스템의 구성 전개도와 소멸 과정의 핵심 화학반응. 1) 시트르산과 탄산수소소듐의 가스 생성 반응, 2) 시트르산과 금속 마그네슘의 산화 환원 반응. B. 자가소멸형 무선전자시스템의 안정적인 동작하는 광학이미지. C. 상온에서 물 자극으로 인해 소멸하는 전자시스템의 시간 순차 이미지들.
▲그림2. A. 탄산수소소듐의 볼밀에 의한 기계적인 분쇄로 입자가 미세화되는 과정의 현미경 이미지들. B. 볼 밀 시간에 따른 입자 크기의 변화 그래프. C. 분해성 PLGA 복합체 기판 위의 산화마그네슘으로 제작된 저항체 소자의 물에 의한 소멸과정. D. 분해성 복합체와 일반 고분자 기판에 각각 집적된 저항체 소자의 전기적 저하 시간 비교 실험. E. 미세유체 시스템을 이용하여 제어가능한 자가소멸 시스템의 프로그래밍된 작동 이미지들.
■ 용어설명
*볼 밀 (ball mill): 원통 안에 쇠구슬이나 세라믹 구슬들이 들어 있어 크기 조절할 소재를 넣고 돌리면 부딪치고 마찰하여 분쇄하는 분쇄기 또는 분쇄 기술.
■ 논문정보
*제목 : Biologically Safe, Degradable Self-Destruction System for On-Demand, Programmable Transient Electronics
-출처: 고대뉴스
