최근 생체의학 분야에서 다양한 방면으로 활용될 수 있는 삽입형 의료소자가 많은 주목을 받고 있다. 삽입형 의료소자는 항상 침수환경에 놓이기 때문에, 소자 보호를 위한 방수는 필연적이다. 기존의 방수 기술은 수동방수시스템으로, 극소수성 표면처리, 다층막 구조, ALD 기술 등을 통해서 수분확산을 막고 공정상의 결함을 줄임으로써 방수성능 향상을 시도해왔고, 실제로 어느 정도의 방수성능 향상을 이루어내었다. 하지만, 일반 소재의 방수막 구성 원자 간격보다 물 분자의 크기가 작기 때문에 수분 확산이 불가피하고, 이 수동방수시스템은 침수 환경에서의 영구적 물 분자 확산 제어의 근본적 해결책이 될 수 없다.
본 과제에서는 기존의 수동방수시스템의 한계를 극복하기 위해서 생체단백질 채널 및 펌프를 소재에 접목하여 확산된 물 분자를 외부로 방출하는 능동방수시스템의 개념을 제안한다. 폐포는 ATP 가수분해 에너지를 이용하여 이온 농도 구배를 형성하고, 이 농도 구배를 이용하여 능동적으로 물을 외부로 빼내는 시스템을 가지고 있다. 본 과제에서는 이온 농도 구배를 형성할 수 있는 이온교환막을 이용하여 능동방수시스템을 모사하였다.
이온교환막을 방수막으로 사용하며 양 측면에 전압을 인가해줌으로써 이온 차폐를 일으킬 수 있다. 이온 차폐를 통해서 이온 농도 차를 일으킬 수 있고, 이로 인한 삼투현상에 의해서 소자를 물로부터 보호할 수 있다. 실제 실험 결과, 이러한 능동방수시스템이 의미 있는 수준으로 작동하는 것을 확인할 수 있었다.
본 능동방수시스템은 삽입형 의료소자 기술의 신뢰성을 확보하여 산업화 및 상용화되는 데에 큰 도움이 될 뿐만 아니라, 방수성능이 필수적인 초박막형 웨어러블 소자산업에서 표면 코팅기술로 상업적으로 응용도 가능할 것이다. 더 나아가, 추가적인 연구를 통해서 기체확산제어, 이온확산제어 등 타차폐막 기술로 확대 응용이 가능할 것이다.