국제적인 연구진이 빛나는 문신이나 다양한 생물의학 응용들에 사용될 수 있는 피부 아래에 이식될 수 있는 작은 발광 다이오드(light emitting diodes, LEDs)의 유연한 판들을 개발했다(R-H Kim et al, Nature Materials, 2010, DOI: 10.1038/nmat2879).
미국 어바나샴페인일리노이대학교(University of Illinois at Urbana-Champaign)의 John Rogers는 유연한 회로들과 초박 LEDs(ultra-thin LEDs)에 대한 그의 이전의 연구를 기반으로 한국과 미국, 중국, 싱가폴의 연구자들과 함께 연구했다.
그 새로운 LED를 만들기 위해서, 그 연구진은 유사한 상업적으로 사용가능한 장비들보다 몇 배 더 작은 100 x 100 마이크로미터 크기에 두께는 단지 2.5 마이크로미터인 배열을 가지고 작업했다. 그 연구자들은 저비용의 유연성있는 생체적합성 중합체인 폴리(디메틸실록산)( poly(dimethylsiloxane, PDMS)으로 옮기기 전에 단단한 유리 기질 위에 회로들을 인쇄했다.
유연성있는 LED 회로들에 대한 최신의 연구는 유기 LED(OLED)에 집중해왔지만, Rogers는 그의 접근법이 생물의학적 응용들에서 이점을 가진다고 주장했다. ‘나는 (OLED에 비해서) 이 접근법이 더 좋다고 하려는 것은 아니다. OLED는 산소나 물에 대해 매우 민감하지만, 우리는 우리의 장비를 규소 고무의 얇은 층 안에 넣었다. 그것들을 방수 형태 안에 넣는 능력과 수명, 밝기 등이 우리의 장비를 구별짓는다.’ 이들 환경에서 그 배열이 기능할 수 있는 능력을 증명해 보이기 위해서, Rogers와 그의 연구진은 그 소형 LED를 비닐 장갑의 손가락 끝에 통합하고 비누물에 담그고, 동물 모델의 피부 아래에 LED 배열을 이식했다.
이들 새로운 장비들이 신체 조직의 특성을 밝히기 위해서 분광법(spectroscopy)을 수행할 수 있거나 정교한 진단에서 사용될 수 있어서 상처의 치유를 모니터할 수 있는 이식가능한 조각이나 봉합 실을 포함하여, 다양한 응용을 찾을 것이라고 기대하고 있다. 그 배열은 또한 보다 정확한 방식으로 빛에 의해서 유도되는 약물 전달을 통제하기 위해서 광역학 약물 치료(photodynamic drug therapy)에서 사용될 수도 있다.
미국 캠브리지(Cambridge)에 있는 메사추세스공과대학(Massachusetts Institute of Technology) 화학공학과의Michael Strano는 ‘우리는 전기 장비들을 우리가 입거나 상처들을 치료하기 위해서 상처 위를 덮는 것들과 별개로 생각해왔었다. 이 연구로부터 무엇이 나올 지는 아무도 모른다. 그러나 엄청난 영향을 가질 것이다.’라고 말했다.
Rogers는 최근에 ‘믿을 수 없을 만큼 매력적인’이라고 그가 생각하는 목표인, 몇몇 그의 장비들의 상업화를 위해서, 스핀아웃 회사(spin out company)를 시작했다. ‘우리는 과학에서 그 해법이 상업화된 제품들을 통해서 사회에 영향을 줄 수 있는 문제들을 고르려고 한다. 나는 이것이 영향을 가진다고 보고 싶다. 그것이 동기로서 작용한 최종 목표이다.’라고 그는 말했다.
[그림1 ] 유연한 PDMS 기질 위의 LEDs 배열이 꼬여도 여전히 효과적으로 기능할 수 있다.
[그림 2] LED 배열은 동물 모델(왼쪽)의 피부 아래에 이식되고 비닐 장갑의 손가락 끝에 통합되었다.