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홍합 접착력의 비결인 도파민 활용해
전도성 고분자 전극의 전기적 성능 향상 
- 신소재공학부 이재영 교수, 네이처 자매지 Scientific Reports 논문 게재
 
 
      이재영 교수팀
(왼쪽부터) 이재영 교수, 김세민 박사과정생, 장예슬 석사과정생
 
 
□ 홍합의 단백질에서 추출할 수 있는 도파민과 전기전도성 고분자를 활용해 생체 전극*이나 바이오센서 전극의 전기적 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다.
 
  * 생체 전극: 생체 신호를 측정하거나, 측정된 신호를 기반으로 치료용 의료기기에 사용되는 전극
 
  ∘ GIST(광주과학기술원) 신소재공학부 이재영 교수팀은 전기전도성 고분자를 전극에 코팅할 때 도파민 단량체*를 함께 코팅함으로써 전기전도성 고분자와 전극 사이의 접착력과, 전극의 전기적 성능을 동시에 향상시키는 데 성공했다.
 
□ 우수한 생체 친화성을 갖는 전기전도성 고분자는 생체 전극, 생체센서 제조와 같은 의공학 분야는 물론, 트랜지스터·태양전지·배터리·디스플레이 소재 등에서 널리 응용되고 있다. 
 
  ∘ 하지만 전기화학적·화학적으로 합성된 전기전도성 고분자는 전극과의 접합성이 우수하지 않고, 전기적 특성을 유지하기 어렵기 때문에 이를 개선하기 위한 연구가 계속되고 있다.
 
 
                        그림1
 
[그림 1] 기존의 전도성 고분자 필름인 폴리피롤(왼쪽)과, 연구팀이 개발한 폴리도파민/폴리피롤의 마이크로 표면(오른쪽) 이미지. 기존의 필름은 마이크로 크기의 탈착으로 불균질한 표면 구조를 보이는데 비해, 오른쪽 도파민/폴리피롤은 향상된 접착력으로 매끈하고 균질한 표면을 가지게 되었다. 
 
 
               그림2
 
[그림 2] 스카치테이프를 이용한 폴리도파민/폴리피롤 필름의 접착성 확인. 기존의 전도성 고분자 필름(위)은 낮은 접착력으로 스카치테이프로 쉽게 떼어졌으나, 도파민/전도성 고분자 필름(아래)은 전극 표면의 우수한 부착력으로 스카치테이프에 의해 거의 떨어지지 않는 것을 확인할 수 있다. 
 
 
□ 연구팀은 전기전도성 고분자를 전극에 코팅하는 과정에서, 도파민 단량체와 피롤 단량체*를 혼합한 용액에 전기화학적으로 일정한 전압을 가해 산화반응을 유도하는 방법으로 전기전도성 고분자와 도파민을 동시에 전극 표면에 코팅했다. 
 
  * 피롤(pyrrole) 단량체: 고리 안에 질소를 1개 함유하는 5원자 헤테로고리화합물. 피롤을 전해 중합하여 전도성 고분자인 폴리피롤을 얻는다.
 
  ∘ 그 결과 전기전도성 고분자는 기존보다 낮은 전압에서 전극에 빠르게 형성되었으며, 도파민과 피롤의 농도비율이 1대5(0.2) 조건일 때 전극에서의 저항이 800배 감소했다. 저항이 낮아질수록 생체 전극 등에 응용할 때 더 높은 감도의 전기 신호를 받을 수 있다. 
 
  ∘ 또한 전기전도성 고분자와 전극 간의 접착력은 도파민의 농도가 높아질수록 더 강해지는 것으로 나타났다. 
 
        그림3
[그림 3] 기존 필름은 도파민의 첨가에 따라 코팅의 접착력이 큰 폭으로 증가(왼쪽 그래프)하며, 도파민과 전도성고분자를 이용한 코팅 방법으로 전극의 저항을 큰 폭으로 감소(오른쪽 그래프)시킬 수 있었다. 특히 PDA/PPY-0.2 몰의 특정 비율에서는 800배 이상의 전기저항이 감소하는 것을 볼 수 있었다.
 
 
□ 이재영 교수는 “이번 연구는 기존의 전기전도성 고분자 필름의 단점을 보완해 생체 전극과 바이오센서 등의 성능을 향상시키는 데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
 
  ∘ 이번 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 미래유망 융합기술 파이오니어사업의 지원을 받아 수행됐으며 논문은 네이처 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)에 7월 27일(수) 게재됐다.
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