GenesInk는 2018년 1월부터 유럽연합(EU)의 ‘호라이즌 2020(Horizon 2020)’ 연구 및 혁신 프로그램의 지원을 받아 보조금 계약 번호 761000에 따라 진행되고 있는 GREENSENSE 프로젝트의 일환입니다. GREENSENSE 프로젝트의 목표는 나노셀룰로오스(NC) 기반의 인쇄 전자 소자를 개발하여, 이를 다중 매개변수 하이브리드 인쇄 생체 감지 플랫폼에 최종적으로 통합함으로써 약물 남용 물질(DoA)을 검출하는 것입니다. 인쇄 전자 분야에서 NC 기반 소재(예: 기판 및 잉크)는 종이에 비해 더 우수한 인쇄성과 성능을 제공합니다. 또한, NC는 폴리머에 비해 기술적·환경적 이점(높은 기능화 정도 및 재활용성)으로 잘 알려져 있습니다. 이 프로젝트는 생의학 산업 분야에서 유망한 혁신의 원천이 될 것입니다. 프로젝트 기간은 4년이며, 총 예산은 8백만 유로입니다.

1. 프로젝트 목표

인쇄 전자(PE)는 전 세계에서 가장 빠르게 성장하는 기술 중 하나입니다. PE는 소비재, 사물인터넷(IoT), 의료, 항공우주, 전자, 미디어, 교통 등 다양한 응용 분야에서 주목받고 있습니다. 종이와 플라스틱은 미래의 유연 전자 기기 개발에 있어 핵심 기판으로 간주됩니다. 폴리머 기판과 달리, 종이/셀룰로오스 기반 전자 소자는 비용 효율적이고 재활용이 가능하며, ‘전자 폐기물’이 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 상당한 기여를 할 것으로 기대됩니다. 안타깝게도 일반 종이의 표면 특성(다공성 및 표면 거칠기)은 인쇄 전자 공학에 적합하지 않습니다. 일반 종이에서 발생하는 이러한 문제를 극복하기 위해, 기계적 강도, 투명성, 낮은 다공성 및 매끄러운 표면 거칠기를 갖춘 NC 기반 필름이 유망한 대안으로 주목받고 있습니다.

따라서 GREENSENSE는 정량적인 약물(DoA, Drug-of-Abuse) 분석을 위한 지속 가능하고, 무선이며, 자율적인 나노셀룰로오스(NC) 기반 바이오센싱 플랫폼을 개발하는 것을 목표로 합니다. 나노셀룰로오스를 활용하여, 다양한 인쇄 전자 부품(근거리 무선 통신(NFC) 안테나, 에너지 저장(E. storage) 장치 및 디스플레이)을 새로 개발된 인쇄형 바이오센서 및 마이크로칩과 통합할 것입니다. 이후 나노셀룰로오스는 다음과 같은 용도로 사용될 것입니다:

• 인쇄 전자 장치의 기판으로서,
• 최종 소자의 캡슐화를 위해,
• 그리고 기능성 잉크 제형의 유효 성분으로 사용됩니다.

필요한 경우, 나노셀룰로오스 표면을 처리하여 인쇄 적합성과 기능성 잉크와의 호환성을 개선할 것입니다.

2. 전망

GREENSENSE 프로젝트의 일환으로, 약물 남용 분석을 위한 지속 가능한 나노셀룰로오스 기반 바이오센싱 플랫폼이 개발될 예정입니다. 이 플랫폼은 안테나, 디스플레이, 슈퍼커패시터 또는 배터리와 같은 고부가가치 인쇄 전자 부품과 특수 실리콘 마이크로칩이 탑재된 바이오센서를 통합합니다.

대량 생산을 위해 고처리량 및 고정밀 스크린 인쇄 및 잉크젯 인쇄 기술이 활용될 것입니다. 최종적으로 완성될 유연하고 재활용 가능한 바이오센싱 플랫폼은 초저전력 소비로 대량 생산이 가능할 것이며, 그 결과 비용 효율적이고 지속 가능하며 환경 친화적일 것입니다.

3. 컨소시엄

이 프로젝트는 2018년 1월^1일에 시작되었습니다. 13개 파트너 기관이 힘을 합쳐, 지속 가능한 NC 기반 바이오센싱 플랫폼을 개발한다는 프로젝트 목표를 달성하기 위해 노력하고 있습니다.

• Leitat, 산업 혁신 프로세스 분야의 기술 연구소 전문가. GREENSENSE 프로젝트는 Leitat가 주관하며, Leitat는 NC 기능화 및 NC 기반 잉크 제형 개발에도 참여하고 있습니다.
• 바이오센싱 플랫폼에 탑재될 인쇄형 바이오센서의 개발에 참여하고 있는 AIT(오스트리아 기술 연구소).
• 셀룰로오스 나노결정 추출 분야의 전문 기업인 멜로데아(Melodea)는 파일럿 규모에서 결정질 나노셀룰로오스(CNC) 및 CNC 기반 필름의 생산과 기능화 작업에 참여하고 있습니다.
• RISE Acreo AB는 혁신적이고 부가가치를 창출하는 ICT 솔루션을 제공하는 기업입니다. Acreo는 잉크 개발, 인쇄 공정 최적화, 전기변색 디스플레이 개발에 주력하고 있으며, 인쇄와 픽 앤 플레이스(pick & place) 공정을 결합한 하이브리드 방식을 통해 GREENSENSE 바이오센싱 플랫폼의 제조를 담당하고 있습니다.
• 반도체 기업 인피니언(Infineon)이 마이크로칩 개발에 참여하고 있다.
• 고품질 진단 시약 및 키트의 제조업체이자 공급업체인 아틀라스 메디컬(Atlas Medical)은 체외 진단 기기에 대한 전문 지식과 바이오센싱 플랫폼의 최종 검증에 기여하고 있습니다.
• GenesInk는 전도성 및 반도체성 나노잉크를 제조 및 공급하는 기업입니다. GenesInk는 GREENSENSE 프로젝트의 일환으로 NC 기반의 은(Ag) 전도성 나노잉크를 개발하고 있습니다.
• 이동통신 신제품 연구개발 분야의 선도 기업인 IMST는 인쇄형 NFC 시스템의 개발 및 스마트폰과의 통신 기술 개발에 참여하고 있습니다.
• 혁신 관리 및 핵심 기반 기술(KETs) 분야를 비롯한 다양한 서비스를 제공하는, 선제적이고 지식 기반의 기업입니다.
• Prelonic Technologies는 2007년부터 배터리, 디스플레이, 로직 등으로 구성된 인쇄 전자 소자를 개발해 왔습니다. Prelonic은 Zn/MnO₂ 1차 전지 및 슈퍼커패시터와 같은 인쇄형 에너지 저장 시스템을 개발할 예정입니다.
• 재료과학 및 연구 기관인 EMPA가 GREENSENSE 프로젝트의 틀 안에서 지속가능성 평가를 다루고 있다.
• 스웨덴 RISE 연구소의 산하 조직인 RISE Bioeconomy(INNVENTIA AB)는 파일럿 규모에서 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 및 CNF 기반 필름의 생산과 기능화 작업에 참여하고 있습니다.
• Coatema는 고품질 코팅, 라미네이션 및 인쇄 설비 분야의 엔지니어링 전문 기업입니다. Coatema는 R2R 파일럿 라인을 활용하여 NC 기반 기판 개발에 참여하고 있습니다.

[1] V. Beni 외, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 4 (10) S3001-S3005; 2015