제주대학교는 메카트로닉스공학과 유바스리 프루소다만 박사연구팀(지도교수 김상재)이 늘이거나 압축하는 힘에 의해 전기를 만드는 압전성 소재와 휘발성 유기화합물(voc)의 광반응을 복합해 다중연산이 가능한 이진논리연산 스위치를 시연했다고 10일 밝혔다. 

이번 연구 결과는 액체 상태의 광반응을 이용하는 자가 구동 재구성 논리스위치로 휴대용 생체의료 분야 디바이스 개발의 실마리가 될 것으로 기대되고 있다.

논리스위치는 하나 이상의 이진 입력에서 논리연산을 수행하는 물리적 장치다. 1이나 0과 같은 단일이진출력을 생성한다.

핵심은 서로 다른 휘발성 유기화합물이 결합하면서 나타나는 광전 효과와 소재의 변형에 따른 압전효과, 두 가지를 이용해 다중논리기능을 수행할 수 있도록 한 것이다.

가로, 세로 2cm 칩 위에 두 종류의 액체 유기화합물이 흐르도록 Y자 채널을 구성하고 화학반응에 따른 발광을 통해 스위칭 기능을 확보하는 한편 Y자 채널 아래에 누르는 힘 등에 의해 변형되면서 전기를 만드는 산화아연(반도체) 막대를 배열고(go) 압전효과를 통한 스위칭 기능까지 더했다.

최근 극소량 유체의 흐름과 상호간 반응에 따른 발광현상을 생체의료 분야에 활용하려는 연구가 활발하다. 그 가운데 미세유체의 흐름을 정밀하게 제어하고 적합한 기능성 소재를 접목해 반응 민감도를 향상하는 것이 중요한 화두다.

이에 연구진은 이번 연구에서 광유체에 압전소재를 접목한 방식을 제안하고 이에 기반한 재구성 로직스위치를 구현한 것이다. 

한편 연구팀은 압전소재의 변형에 의한 자가발전 재구성기능도 포함시켰다. Y 채널 논리소자의 광전류 변화에 의한 광유체기반의 피연산자 '1'과 '0'을 수행하는 OR 연산기능과 게이트의 압전 작동기구에 따른 AND 연산기능의 자체구동에 의한 재구성 스위치 특성을 확인했다.

유체의 분자간 결합에 빛과 압전소재 변형의 상호작용을 이용해 다중논리기능을 수행할 수 있는 가능성을 제시함으로써 나노바이오센서 등 생체의료 분야 현장현시검사용 소자 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 

이번 연구의 성과는 국제과학 학술지 '네이쳐 커뮤니케이션스‘(Nature Communications)에 지난달 26일 게재됐다.

김상재 교수는 “유체의 분자간 결합에 빛과 압전소재 변형의 상호작용을 이용해 다중논리기능을 수행할 수 있는 가능성을 최초로 제시했다”며 “자체전원공급에 의한 나노바이오센서 등 생체의료 분야 실시간 검사용 소자 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.   

김지우 기자  jibregas@jejuilbo.net