【브레이크뉴스 대구】진예솔 기자=DGIST(총장 국양)가 19일 전기전자컴퓨터공학과 강홍기 교수팀의 미세 잉크젯 프린팅 용액 공정 기반 투명 전극 및 광열 층의 선택적 형성 기술 개발 소식을 알렸다.

▲ (왼쪽에서부터) DGIST 전기전자컴퓨터공학과 강홍기 교수, 김두희 석박통합과정생  © DGIST

최근 바이오 이미징에 용이하고, 광유전학 등 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있는 ‘투명 전극’이 많은 관심을 받고 있다.

그러나 기존 투명 전극 제작에 사용되는 인듐 주석 산화물 (ITO) 또는 산화주석물 (ATO)과 같은 잉크 재료는 플렉서블 기판의 전이온도(150℃~200℃)보다 높은 350℃ 이상의 공정 온도를 요구하기 때문에, 기존 잉크 재료를 사용하여 투명 전극 공정을 진행할 경우 높은 공정 온도로 인해 플렉서블 기판이 딱딱해지게 되는 기계적 취약점이 존재하는 것으로 알려진다.

이에 강홍기 연구팀은 패턴 형성 자유도가 높은 잉크젯 프린팅 기술을 사용하여 투명 초박막 금 미세 전극을 환자 맞춤형으로 제조하는 새로운 방법을 제안했다.

이들은 잉크를 직접 인쇄하는 기존의 방법과 다르게 기저핵 생성을 유도하는 폴리머 시드 층을 잉크젯 프린터를 이용해 인쇄하고, 포토마스크 없이 6nm 이하의 ‘초박막 금’을 진공 증착하여 높은 투과도를 가지는 투명 전극을 선택적으로 공정했다.

동시에 ‘비전도성 금 섬 층’을 폴리머 시드 층이 인쇄되지 않은 영역에 형성시켰고, 이를 이용해 광열효과가 발현되도록 구현했다. 

연구팀은 개발된 나노 구조체의 완성도 확인을 위해 검증을 진행했으며, 투명 온도 센서를 활용해 광열 효과를 감지함은 물론 소자 상단부에 신경세포를 성장시켜 바이오 적합성과 바이오 이미징 가능성을 모두 확인할 수 있었다.

이를 통해 개발된 ‘초박막 금 전극 및 금 나노 구조체’는 ‘환자 맞춤형 플렉서블, 웨어러블 투명 전극 형성’이 요구되는 생물 의학 및 공학 응용 분야에서 노광 마스크 없이 상온에서 공정을 진행할 수 있다는 측면에서 기존 소자보다 뛰어난 장점을 가지고 있다. 

강홍기 교수는 “기존의 전극 형성법과 다른 방식으로 잉크젯 프린팅을 통해 환자 맞춤형 ‘초박막 금 전극’의 생산이 가능하다는 것이 핵심”이라면서 “해당 기술을 활용하면 환자 맞춤형 유연 미세 전극 어레이를 통해 생체에서 발생하는 여러 신호를 보다 효율적으로 측정할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

DGIST (President Yang Kook) announced on the 19th that Professor Hongki Kang's team in the Department of Electrical and Computer Engineering developed a technology for selectively forming transparent electrodes and photothermal layers based on micro inkjet printing solution process.

Recently, ‘transparent electrodes’ that are easy for bioimaging and can be applied to various applications such as optogenetics are receiving a lot of attention.

However, since ink materials such as indium tin oxide (ITO) or tin oxide (ATO) used in the production of existing transparent electrodes require a process temperature of 350 ° C or higher, which is higher than the transition temperature of flexible substrates (150 ° C to 200 ° C), It is known that when a transparent electrode process is performed using an existing ink material, there is a mechanical weakness in that a flexible substrate becomes hard due to a high process temperature.

Accordingly, Kang Hong-ki's research team proposed a new method for patient-specific manufacturing of transparent ultra-thin gold microelectrodes using inkjet printing technology with a high degree of freedom in pattern formation.

Unlike the conventional method of printing ink directly, they print a polymer seed layer that induces basal ganglia generation using an inkjet printer, and vacuum-deposit 'ultra-thin gold' of 6 nm or less without a photomask to selectively form a transparent electrode with high transmittance. It was fair.

At the same time, a ‘non-conductive gold island layer’ was formed in the area where the polymer seed layer was not printed, and the photothermal effect was realized using this.

The research team conducted verification to confirm the completeness of the developed nanostructure, and was able to confirm both biocompatibility and bioimaging potential by growing nerve cells on the top of the device as well as detecting photothermal effects using a transparent temperature sensor.

The 'ultra-thin gold electrode and gold nanostructure' developed through this process is superior to existing devices in that it can be processed at room temperature without an exposure mask in biomedical and engineering applications that require 'formation of patient-specific flexible and wearable transparent electrodes'. It has advantages.

Professor Kang Hong-ki said, “The key is that it is possible to produce patient-specific ‘ultra-thin gold electrodes’ through inkjet printing in a way different from the existing electrode formation method.” We expect to be able to measure multiple signals more efficiently.”