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김재준
김재준(Jae Joon Kim) 저자 이메일 보기
University of Massachusetts Amherst
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Vapor-printed polymer electrodes for long-term, on-demand health monitoring

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

본 연구에서는 세계최초로 전도성 고분자를 살아있는 생체 표면에서 합성하고 이를 이용해 식물의 건강상태를 전기적으로 측정할 수 있는 기술을 개발했습니다. 울퉁불퉁한 식물표면 위에 전극을 합성하기 위해 기존의 용액공정이 아닌 기상공정을 통해 합성된 전도성 고분자로 전극을 제조하고 이를 이용해 식물의 바이오임피던스를 측정할 수 있었습니다. 주파수에 따른 전기가 흐르는 정도를 뜻하는 바이오임피던스는 내부의 조성에 따라 달라지므로 (세포액 = 저항, 세포막 = 축전기) 이를 이용해 식물의 건강상태를 전기적으로 측정/분석할 수 있었습니다. 전도성 고분자가 코팅된 식물은 120일 이상의 관찰 기간 동안 안정적으로 성장하였으며 식물의 생장에 필수적이지만 손상없이 측정하기 쉽지 않았던 식물 내 수분함유량과 자외선 조사에 따른 변화를 실시간으로 얻을 수 있었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

제가 소속된 Wearable Electronics Laboratory (WELAB) 은 미국 University of Massachusetts Amherst 에 화학과에 소속되어 있으며 Trisha Andrew 교수님의 지도하에 섬유 및 생체피부의 전기적 기능화에 대해 연구하고 있습니다.
https://welab.umass.edu/

특히 기상화학증착 (reactive vapor deposition) 이라는 새로운 증착 방법을 통해서 다양한 표면 구조나 화학적 조성을 갖는 표면에도 높은 전도성이나 습윤성 등 원하는 기능성을 부여하는 기술을 토대로 에너지 생산/저장 소자와 각종 센서를 제작하고 있습니다. 이를 위해 저희 연구실은 직접 챔버를 제작하고 화학물질을 합성하는 원천적 기술에서부터 전기, 재료, 생물, 의학 등 웨어러블에의 응용까지 다양한 지식을 폭넓게 다루고 있습니다. 박사와 포닥을 각각 MIT 화학과와 전자과에서 경험한 교수님의 넓은 연구적 스펙트럼, 각 연구원의 독립적인 연구주제, 그리고 웨어러블이라는 적용분야에 대한 확실한 비전은 연구실의 화목한 분위기와 함께 높은 연구적 성과를 만들어 내고 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

새로운 연구분야를 융합적 접근을 통해 개척해나가는 과정이 힘들기도 했지만 그만큼 큰 보람이었습니다. 본 연구를 시작하기 전에는 접하지 못했던 새로운 증착방법을 동물에 비해 웨어러블 연구가 미진했던 식물에 적용하는 과정, 바이오임피던스를 통해 건강상태를 해석하는 과정 모두 제겐 생소했던 분야였던 만큼 여러 시행착오 속에 연구적으로 성장하는 경험을 할 수 있었습니다. 또한 바이오, 화학, 전자공학이 어울어져 연구적 성과를 도출하는 과정은 향후 연구를 수행하는데 있어서 큰 자양분이 될 거 같습니다. 이 연구를 통해서 직접 눈에 보이는 응용분야에 대해 손에 잡히는 연구를 수행하고 향후에 더 많은 분야에 확장이 가능하다는 점도 매력적인 부분입니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

최근 웨어러블 전자공학은 소자의 물질적 기계적 성능향상과 함께 다양한 바이오 어플리케이션이 연구개발되고 있습니다. 인체 사용을 목적으로 하는 만큼 바이오를 비롯한 다양한 분야의 폭넓은 지식을 요구하지만, 그만큼 다른 분야에서는 얻기 힘든 응용공학의 장점도 극대화되는 분야라고 생각합니다. 또한 개발과 응용분야 또한 단순한 생물학이나 기계적 부분에서 실제 제품화까지 넓은 스펙트럼의 분야와 단계가 동시에 활발하게 진행되고 있는 특징 또한 가지고 있습니다. 서로 다른 연구분야의 시너지를 내고 싶거나 실제 손에 잡히는 연구를 수행하고 싶으시다면 웨어러블 전자공학 분야를 한번 추천드려봅니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

본 연구를 통해 제안된 생체친화적 전극 제작 및 이를 통해 전기적 생체정보 측정 기술은 향후 다양한 기후 변화 및 각종 병충해에 따른 식물의 건강상태 변화를 모니터링하는데 유용하게 사용될 수 있으리라 기대됩니다. 현재는 특히 제 박사때 전공이었던 방사선공학과 융합해 자외선이나 방사선에 의한 피해를 식물을 통해 측정하는 시스템을 연구중이며 이 과정에서 농작물의 피해도 같이 조사해보려고 합니다. 또한 생체조직의 변화의 전기적 측정/해석이라는 컨셉은 식물은 물론 사람을 포함한 동물에도 적용가능한 만큼 화학물질, 미세먼지, 병원균 등의 다양한 변인에 의한 세포손상도 감지할 수 있으리라 예상됩니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

연구자로서는 물론 인생의 멘토로서 항상 길을 제시해주며 그 과정을 즐기는 모습을 몸소 보여주시는 Trisha Andrew 교수님께 감사드리며 연구내외적으로 큰 도움이 되었던 김형준 박사님과 박광원 박사님에게도 감사의 말을 전합니다. 또 실험적으로 값진 피드벡을 해주셨던 임성갑 교수님, 이화성 교수님, 육현우 박사님, 박성준 교수님, 서정목 교수님, 서명은 교수님과 바이오 분야에서의 관점을 들을 귀중한 기회를 주신 임정아 박사님, 이현정 박사님을 비롯한 KIST에 계신 분들께도 감사의 말씀을 드립니다. 마지막으로 제가 연구자로서 융합적 소양을 가질 수 있도록 훌륭한 지도를 통해 이끌어주신 조성오 교수님께 감사드립니다.

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 등록일 2019-04-12
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