"저독성 생체적합형 액체금속... 초신축 웨어러블 디바이스의 가능성 열어”

- 차세대 전자소자 물질인 액체금속의 용출특성 및 독성에 관한 중요한 연구 성과

- 액체금속의 바이오-디바이스 응용에 유용한 가이드라인 제시

서울과학기술대학교 화공생명공학과 구형준 교수 연구팀(제1저자 김지혜 석사과정생)이 갈륨계 액체금속의 용출특성과 세포독성에 관한 체계적인 실험을 통하여, 웨어러블 디바이스 전극으로서 활용가능성을 보여주는 연구 결과를 발표하였다.

 

▲ 액체금속으로부터 수용액으로 이온이 용출되어 나오는 모식도와 그래프. 그리고 용출된 수용액의 세포독성실험 .


  액체금속이란 녹는점이 낮아 상온에서 액체로 존재하는 금속이다. 액체처럼 흐르는 성질을 가지고 있고 전도성도 금속만큼 높기 때문에 최근 유연 전자소자 분야에서 활발히 연구되고 있는 물질이다. 대표적인 액체금속으로는 수은, 갈륨-인듐 공융합금(Eutectic gallium-indium alloy, EGaIn) 등이 있다.
   액체금속을 디바이스, 특히 바이오 분야나 신체 접촉 소자에 응용하기 위해서는 생체적합성 및 독성에 관한 연구가 필수로 진행되어야 한다. 하지만 액체금속을 구성하는 개별 이온들의 독성연구는 따로 수행된 적이 있으나, 액체금속 자체의 용출특성과 그에 대한 독성 연구는 기존에 보고된 바가 없었다.

구형준 교수 연구팀은, 수용액상에서 갈륨계 액체금속인 EGaIn으로부터 용출되는 이온의 농도를 분석한 결과, 액체금속을 구성하는 원자의 표면장력 크기에 따라 우세하게 용출되는 이온이 결정된다는 것과 이온의 농도는 액체금속의 표면적, 모양과 물리적 자극에 비례하는 것을 도출하였다.

EGaIn 액체금속의 생체적합성 판단을 위해, 세 종류의 인체 유래세포에 대한 독성실험을 진행하였고, 그 결과 외부의 물리적 자극이 가해지지 않는 한 상당히 독성이 낮음을 확인하였다.

본 연구팀은 갈륨계 액체금속의 수용액상에서의 용출특성 분석 및 세포독성 실험을 통해 EGaIn 액체금속을 바이오-디바이스에 응용하기 위한 기본적이고 유용한 가이드라인을 제시하였다.

이번 연구 성과는 미국 화학회(ACS)가 발행하는 화학소재 분야 최우수 저널인 ‘ACS Applied materials & Interfaces(ACS 응용 재료 및 인터페이스, IF 7.504)’에 「Cytotoxicity of gallium-indium liquid metal in an aqueous environment」의 제목으로 5월 1일자 온라인 판에 게재되었다.

본 연구는 교육부의 이공계 개인기초연구사업, 과학기술정보통신부의 도전형 나노소재 기술개발사업의 지원을 받아 수행되었으며, 구형준 교수팀 이외에 인천대학교의 김교범 교수팀, 한국생산기술연구원의 소주희 박사와의 공동연구로 진행되었다.