서울공대 재료공학부 강승균 교수팀, 입고 버리면 자연에서 사라지는 생분해성 전자섬유 개발

서울공대 재료공학부 강승균 교수팀, 입고 버리면 자연에서 사라지는 생분해성 전자섬유 개발 - 고전도성·친환경성 갖춘 전자의류로 폐기물 문제 해결책 제시 - 지속가능한 친환경 웨어러블 기기 활용 예정 ▲ (좌측부터) 서울대학교 재료공학부 김용우 석박통합과정생, 서울대학교 재료공학부 김경섭 박사, 서울대학교 재료공학부 배재영 박사, 서울대학교 재료공학부 강승균 교수  서울대학교 공과대학은 재료공학부 강승균 교수팀이 입고 버리면 자연에서 완전히 사라지는 생분해성 전자섬유를 개발했다고 밝혔다. 강 교수팀은 텅스텐 입자와 생분해성 고분자를 조합한 고전도성 섬유에, 유연성과 방수 성능을 갖춘 친환경 코팅을 더함으로써 기계적 내구성을 확보한 전자소자용 섬유를 구현했다. 인간의 기술이 필연적으로 지구에 남기는 쓰레기와 달리, 착용 후 흙 속에 묻으면 스스로 분해되는 전자의류를 실현해 미래를 앞당겼다는 평가를 받고 있다. 이번 연구성과는 지난 7월 8일 전자 분야의 국제 학술지 ’npj 플렉서블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics)‘에 게재됐다.■ 연구 배경의류 산업은 매년 약 9,200만 톤의 의류 폐기물을 쏟아내고 있으며, 이 중 대부분은 생분해되지 않는 합성섬유로 구성돼 수백 년간 매립지에 남는다. 더구나 스마트기기의 확산으로 전자 폐기물까지 기하급수적으로 증가하면서 지구는 두 산업이 남긴 쓰레기의 이중고에 시달리고 있다. 최근 스마트워치, 웨어러블 센서 등 신체에 부착하는 전자기기의 수요가 급증함에 따라, 의류와 일체화된 전자기기, 즉 전자섬유의 사용도 함께 증가하고 있다. 문제는 전자섬유가 플라스틱, 금속, 회로, 배터리 등 복잡한 소재로 구성돼 있어 재활용과 분해가 사실상 불가능하다는 점이다. 전자섬유(e-textile)는 ‘입는 컴퓨터’라 불릴 만큼 진보한 기술이지만, 한 번 쓰고 버려지면 섬유 및 전자폐기물이 배출되는 문제가 있다, 특히 의료나 스포츠 분야에서 일회성 사용 후 폐기되는 웨어러블 기기의 경우, 오히려 지속가능성 측면에서는 후퇴한 기술이라는 비판도 받고 있다. 따라서 착용성, 기능성, 친환경성을 모두 만족시키는 전자섬유의 필요성이 대두되고 있지만, 그 개발은 지금까지 난제로 여겨져 왔다. ■ 연구 성과이러한 한계에 도전장을 내민 서울대 강승균 교수·배재영 박사 연구팀은 완전한 생분해가 가능한 고전도성 섬유 전극을 개발했다. 연구진은 전기적 성능과 기계적 내구성을 함께 달성하면서도, 사용 후 자연환경에서 분해되는 소재를 설계하는 데 주안점을 뒀다. 1. 고전도성 구현 : 생분해성 고분자(PBAT)에 텅스텐(W) 입자를 분산시켜 만든 복합 잉크가 사용된 해당 섬유는 약 2,500 S/m의 높은 전기 전도도를 갖는다. 또한 건습식 방사 공정을 통해 10m 이상의 연속 생산도 가능하다.2. 기계적 내구성 확보 : 그리고 연구진은 섬유 표면에 **유연한 생분해성 폴리아늄화물(PBTPA)**을 코팅해 기계적 내구성을 확보했다. 38% 이상의 신율(Elongation, 재료가 당기는 힘을 받을 때, 처음 길이에 비해 얼마나 늘어났는지를 백분율로 나타낸 값)을 달성하고 20회 세탁, 5,000회 굽힘 테스트에서도 안정적 성능을 유지하는 전자소자용 섬유를 구현한 것이다.3. 웨어러블 적용성 입증 : 또한 체온센서, 근전도(EMG) 전극, 무선 전력 수신 코일로 제작한 해당 섬유를 실제 팔에 착용 가능한 전자의류 형태로 선보임으로써 웨어러블 적용성도 입증했다.4. 완전 생분해성 확인 : 아울러 효소가 포함된 PBS 용액과 일반 토양 환경에서 섬유의 생분해성을 실험한 결과, 수개월 내에 구조 전체가 분해되며 잔여 유해물질을 남기지 않음을 확인했다. 지속가능한 일회용 전자소자의 가능성을 확인한 것이다.이처럼 해당 섬유는 착용 중에는 기존 전자섬유처럼 정밀한 센싱 및 무선통신이 가능하지만, 사용 후에는 자연으로 되돌아가기 때문에 지속가능한 전자기기 플랫폼으로서의 차별성을 지닌다. 단순한 섬유 소재 개발을 넘어, 전자기기의 마지막 순간까지 책임지는 기술을 개발했다는 점에서 이번 연구는 그 의미가 깊다. ■ 기대 효과 따라서 생분해성, 고기능성, 대량생산성의 삼박자를 갖춘 이 전자의류 플랫폼의 등장은 국내 전자섬유 산업 및 친환경 소재 시장의 전환점이 될 것으로 전망된다. 이 기술은 특히 스마트 유니폼, 생체신호 모니터링 패치, 일회용 건강 진단 키트, 군·소방용 전자섬유 등의 분야에서 폭넓게 활용될 수 있다. 더 나아가 향후 반도체 소자, 메모리 기능 등 고집적 시스템으로 확장되거나, 물리·화학적 트리거에 의한 ‘온디맨드 분해(On-Demand Degradation)’ 기술로 진화할 수 있다.■ 연구진 의견 연구를 이끈 강승균 교수는 “생분해성 소재와 섬유 공정을 결합해 전자소자의 지속가능성과 활용 가능성을 높인 이번 연구의 성과는 다양한 분야에서 응용될 것으로 기대된다”고 밝혔다. 배재영 박사는 “생체 밀착성과 생분해성을 갖춘 전자소자를 제시한 본 기술은 지속가능한 웨어러블 기기 구현의 핵심 기반이 될 것”이라고 전했다.■ 연구진 진로 이번 연구의 주저자인 김용우 석박통합과정생은 현재 서울대 재료공학부에서 생분해성 전자소자 분야 연구를 수행하며 박사과정을 밟고 있다. 공동 1저자인 김경섭 박사와 공동 교신저자로 참여한 배재영 박사는 서울대 재료공학부에서 박사학위를 취득했으며, 각각 로잔 연방 공과대학교(EPFL)와 하버드대학교(Harvard University)에서 박사후 연구원으로 임용될 예정이다.    [참고자료]- 출처: Kim, YW., Kim, KS., Park, JH. et al. Fully biodegradable and mass-producible conductive fiber based on tungsten–poly(butylene adipate-co-terephthalate) composite. npj Flex Electron 9, 62 (2025).- 연구소개 영상 : https://youtu.be/lwBe_4SVCF0?si=DzMqQl_YglKY8dIa- 보도영상 (YTN 사이언스) : https://www.youtube.com/watch?v=DwbUwIWpfq4 - DOI : https://doi.org/10.1038/s41528-025-00448-x[문의]서울대학교 공과대학 재료공학부 강승균 교수 / 02-880-7162 / kskg7227@snu.ac.kr

서울공대 재료공학부 김진영 교수팀, 박막 탠덤 태양전지 광발전성능 신기록 달성

서울공대 재료공학부 김진영 교수팀, 박막 탠덤 태양전지 광발전성능 신기록 달성 NREL 차트 공식 등재 쾌거…차세대 태양광 기술 주도권 확보 기대 ▲ (좌측부터) 서울대학교 재료공학부 김진영 교수, 서울대학교 재료공학부 박소정 연구원, 한국과학기술연구원 정증현 박사, 한국과학기술연구원 최은평 연구원 국내 연구진이 페로브스카이트/CIGS(copper indium gallium selenide, 구리 인듐 갈륨 셀레늄) 탠덤 태양전지* 분야에서 광발전성능** 신기록을 달성하며 한국의 독보적인 기술력을 입증했다. * 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 : 서로 다른 광에너지를 흡수할 수 있는 두 종류의 얇은(박막) 태양전지를 2층으로 겹쳐 만든 태양전지로, 기존 단일 태양전지보다 훨씬 더 많은 전기를 만들 수 있어 차세대 태양전지로 주목받고 있음** 광발전성능 : 빛을 전기로 바꾸는 효율  한국연구재단(이사장 홍원화)은 서울대학교 재료공학부 김진영 교수팀과 한국과학기술연구원(이하 KIST) 차세대태양전지연구센터 정증현 박사팀이 차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지의 에너지 손실을 줄일 수 있는 기술을 개발, 이 분야에서 26.3%의 광발전성능 신기록을 달성했다고 밝혔다. 2050년 탄소중립 목표를 위해 태양광 발전은 필수적이지만, 우리나라는 인구밀도가 높고 국토 면적이 협소해 대규모 태양광 발전소를 위한 부지 확보에 큰 어려움을 겪고 있다. 이러한 상황에서 페로브스카이트/CIGS 박막 탠덤 태양전지는 가볍고 잘 휘어지는 특성 덕분에 건물 외벽이나 창문, 자동차 지붕, 방음벽 등 다양한 곳에 스티커처럼 쉽게 붙일 수 있어 국토의 효율적 이용을 극대화할 훌륭한 대안으로 꼽히고 있다. 공동연구팀은 만들기 쉽고 비용이 저렴한 페로브스카이트 태양전지와 더 넓은 영역의 빛을 흡수하는 CIGS 태양전지를 결합하는 방법을 고안, 실리콘 기반 탠덤 태양전지와 대등한 수준의 고효율을 박막 형태로 구현할 수 있는 기술을 개발해 냈다.먼저, 서울대 연구팀은 거친 표면의 CIGS 태양전지 위에 페로브스카이트 태양전지를 안정적으로 쌓아 올릴 수 있도록 특수 소재와 공정을 개발, 이를 통해 두 태양전지가 빈틈없이 완벽하게 붙어 최고의 성능을 낼 수 있도록 만들었다. KIST 연구팀은 두 태양전지를 연결하는 부분에서 에너지 손실이 거의 없도록 다리 역할을 하는 연결층을 최적화해 태양전지가 제 성능을 100% 발휘할 수 있도록 지원했다. 이를 통해 26.3%의 광발전성능 신기록을 달성했으며, 이는 이전 독일 연구소의 최고 기록(24.6%)을 1.7%나 뛰어넘는 쾌거이기도 하다. 이번 기록은 세계적인 태양전지 연구기관인 미국 국립재생에너지연구소(NREL)의 공식 효율 차트(NREL chart)에 올 4월에 처음으로 등재됐다. 이번 연구성과에 대해 정증현 박사는 “최고 수준의 효율을 달성하면서도, 기존 실리콘 기반 고효율 기술로는 적용이 어려웠던 건물, 자동차, 우주 항공 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 박막 탠덤 기술의 잠재력을 증명했다”라고 평가했다.  그리고 김진영 교수는“이번 NREL 차트 등재를 계기로 페로브스카이트/CIGS 박막 탠덤 태양전지 기술의 주도권을 한국이 확보하고, 다소 더디게 성장해 온 해당 분야의 기술 개발을 더욱 가속화하는 전환점이 될 것”이라고 기대했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 단계도약형 탄소중립기술개발사업 및 기후변화대응 기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다. (그림1) NREL의 태양전지 최고효율 차트 (2025. 6.) https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency (This plot is courtesy of the National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO.)미국의 신재생에너지연구소에서 작성하는 태양전지별 세계 최고 효율을 보여주는 차트로, 서울대와 한국과학기술연구원의 공동연구로 Perovskite/CIGS 탠덤 태양전지 효율을 2025년 6월, 26.3%로 갱신하여 등재되었다. (그림2) 그림 1의 NREL의 태양전지 최고효율 차트 (2025.6.) 중 최근 2005년 이후 등재 결과만을 포함하여 페로브스카이트/CIGS 탠덤 태양전지 기록을 확대한 수정 이미지. 서울대와 한국과학기술연구원의 공동연구 성과(26.3%)가 SNU/KIST로 명기돼 있다.(그림3) 세계최고효율 페로브스카이트/CIGS 탠덤태양전지(그림4) 세계 최고 효율 페로브스카이트/CIGS : (좌) 탠덤태양전지의 도식도 및 (우) 투과전자현미경 단면 사진 [문의]서울대학교 재료공학부 박소정 연구원 / szpark@snu.ac.kr

서울공대 재료공학부 강승균 교수팀, 항암치료 부작용 최소화하는 전기-이온 이중영동 항암치료 기술 개발

서울공대 재료공학부 강승균 교수팀, 항암치료 부작용 최소화하는 전기-이온 이중영동 항암치료 기술 개발 - 전기장과 이온 흐름 활용해 암 조직 깊숙이 약물 침투시켜 - 최소한의 항암제로 기존 대비 4배 높은 치료 효과 보여 - 세계적 학술지 Science Advances 논문 게재 ▲ (좌측부터) 한국과학기술연구원 생체재료연구단 최성근 박사 (前 서울대학교 재료공학부 박사과정), 경상국립대학교 약학대 김성찬 교수, 광운대학교 전자융합공학과 김정현 교수, 한국과학기술연구원 생체재료연구단 이효진 책임연구원, 서울대학교 재료공학부 강승균 교수  서울대학교 공과대학은 재료공학부 강승균 교수팀이 한국과학기술연구원(KIST) 이효진 박사팀, 광운대학교 김정현 교수팀, 경상국립대학교 김성찬 교수팀과의 공동연구를 통해, 항암제를 암 조직 중심부에 정확히 도달시켜 부작용 없이도 고형암을 효과적으로 치료하는 항암치료 기술을 개발했다고 밝혔다. 강 교수팀은 이온 전기동역학 원리(Ion Electrokinetics)를 활용해 약물의 저장·방출·침투를 동시에 제어할 수 있으며, 체내에서 무선 소자를 통해 작동하는 ‘이중-영동 약물전달 시스템(Dual-Phoretic Wireless Drug Delivery System, DPw-DDS)’을 제시했다. 암 조직의 생물학적 장벽을 극복한 이 기술은 항암치료의 새로운 가능성을 열었다는 평가를 받고 있다. 이번 연구 성과는 지난 7월 10일 세계적 권위의 학술지 ’사이언스 어드밴시스(Science Advances)‘에 게재됐다.■ 연구 배경기존에는 환자의 병든 인체 조직 중 세포가 조밀한 조직은 그 안에서 약물이 퍼지기 힘들어 약물 치료가 어려웠다. 그 특성상 조직이 치밀한 고형암을 치료하기 위해 항암제를 투여 시, 약물이 암 조직 깊숙이 침투하지 못해 약효가 저하되는 사례가 대표적이다. 이때 약효를 높이기 위해 고용량의 항암제를 반복 투여할 경우, 항암제의 독성이 오히려 주변의 정상 부위에 퍼져 심각한 부작용이 수반된다. 또한 약물에 대한 인체의 내성을 급속도로 올려 약효가 빠르게 저하되는 문제도 초래한다.이를 해결하기 위해, 항암제를 암 조직에 정확히 도달시키기 위한 약물전달 기술이 그간 활발히 연구됐다. 그 중 ’주사형‘ 기술은 약물을 암 부위까지 ‘전달’하는 기능에 많이 집중됐고, ‘이식형’ 기술은 약물의 ‘저장’과 ‘방출’에 초점이 맞춰졌다.그러나 고형암처럼 조밀한 조직을 치료하려면 약물의 전달·저장·방출에 더해, 약물을 암 조직 내부로 효과적으로 밀어 넣어 퍼뜨리는 기술이 필수적이다. 이에 전기장을 통해 약물을 암 조직 내부로 침투시키는 연구도 발표됐으나, 이 기술은 감염 위험과 환자 관리의 어려움으로 임상 적용에 큰 제약이 있었다. 소자를 인체 내에 완전히 삽입하는 형태가 아닌, 투석처럼 체외로 통하는 연결관을 사용하는 방식이었기 때문이다. ■ 연구 성과이에 연구진은 무선 소자를 체내에 삽입한 뒤, 소자가 방출한 약물이 전기장을 통해 암 조직 방향으로 선택적으로 이동해 암 조직 내부로 효과적으로 침투할 수 있는 정밀 약물전달 플랫폼을 개발했다. 이온 다이오드를 이용한 ‘약물 방출 제어 기술’과 전기장을 통한 ‘조직 침투 기능’을 통합해 하나의 무선 이식형 디바이스에 구현한 **‘이중영동 약물전달 시스템(DPw-DDS)’**을 고안한 것이다. 전기-이온 영동 원리에 기반한 이 시스템은 전압 조절만으로 약물을 정량적·펄스형(pulsatile)·반복적으로 방출(전기영동)할 수 있으며, 생성된 전기장을 통해 약물을 암 조직의 깊숙한 중심부까지 침투(이온영동)시킬 수 있다. 또한 **근거리 무선 통신(NFC)**을 통해 외부 전원 연결 없이도 무선 구동되고, 단일 기기로 저장·방출·침투·정량 제어까지 통합 수행이 가능하도록 설계되어 치료 편이성도 갖췄다.연구진은 이 시스템을 동물실험에 적용한 결과, 기존 약물 주사 방식과 대비해 4배 이상 높은 약물 전달 효율, 종양 크기를 50% 이하로 줄이는 뛰어난 치료 효과를 입증했다. 5주 간의 체내 이식 실험에서도 간·신장 등 주요 장기와 정상 조직의 손상이 전혀 관찰되지 않아, 기존 항암치료의 부작용도 발견되지 않았다.■ 기대 효과이처럼 암 환자들이 항암치료 부작용으로 겪는 고통을 최소화하고, 최소한의 항암제로 최대한의 치료 효율을 보일 것으로 기대되는 ‘이중영동 약물전달 시스템’은 구토, 탈모, 면역력 저하 등의 부작용을 겪던 암 환자들에게 큰 희망이 될 수 있다. 또한 약물을 새로 개발하거나 재설계하지 않고도 전달 효율을 획기적으로 높일 수 있어, 신약 개발 비용 및 시간을 줄일 것으로 기대된다. 그리고 암 외에도 염증, 희귀난치성 질환 등 정밀한 약물 조절이 필요한 다양한 질환에도 적용될 예정이다. 아울러 무선으로 작동하는 이식형 시스템은 나노의약품, 단백질, mRNA 등 차세대 약물에도 활용될 수 있는 범용성을 갖췄다는 평가를 받고 있다. 앞으로 이 시스템의 소재가 생분해성 소재로 확장될 경우, 체내 회수 없이 작동을 마치는 비회수형 의료기기 개발로도 이어질 수 있다. ■ 연구진 의견강승균 서울대 재료공학부 교수는 “약물의 저장, 방출, 침투를 하나의 이식형 무선 시스템에 통합한 이번 기술은 향후 정밀하고 효과적인 암 치료를 가능케 할 전망”이라며 “다양한 질환에 적용 가능한 플랫폼으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 밝혔다.이효진 한국과학기술연구원(KIST) 박사는 “본 기술은 치료 효율을 높이면서도 부작용을 최소화할 수 있는 실질적인 약물전달 솔루션”이라고 설명하며 “상용화와 임상 적용을 위한 후속 연구도 적극적으로 추진 중”이라고 전했다.■ 연구진 진로이번 연구논문의 주저자인 최성근 박사는 지난 2024년 2월 서울대 재료공학부에서 박사학위를 취득 후, 현재 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터에서 박사후연구원으로 재직 중이다. 향후 ‘이중영동 약물전달 시스템’의 임상 적용을 위한 확장 연구를 지속할 예정이다. 특히 바이오 일렉트로닉스에 기반한 정밀의료 분야로의 진출을 목표로, 생분해성 소재의 비회수형 이식형 디바이스 개발과 나노의약품, 단백질, mRNA 등 다양한 약물에 대한 적용성 확대를 위한 후속 연구를 계속 이어나갈 계획이다.     [참고자료]- 논문명/저널 : “Dual-phoretic wireless device for directionally oriented and carrier-free targeted drug delivery”, Science Advances- DOI : https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads9269[문의]서울대학교 공과대학 재료공학부 강승균 교수 / 02-880-7162 / kskg7227@snu.ac.kr