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▲써킷스크라이브 회로 그리기용 전도성 펜(출처: coolcomponents.co.uk)
우리는 언제부터 잉크를 사용해 글씨를 쓰거나 그림을 인쇄했을까요? 인간이 잉크를 사용해 문자를 기록한 것은 BC 4000년대 말 무렵부터라고 하는데요. 당시 이집트에서는 수지나 아교에 숯이나 매연을 섞어 만든 잉크를 사용했다고 합니다. 현재 우리가 사용하고 있는 잉크는 필기용, 기호용, 인쇄용 잉크로 분류할 수 있는데요. 이는 또 수용성과 유성으로 나눌 수 있습니다.
최근 잉크는 단순히 글씨나 색을 인쇄하거나 코팅하는 것을 넘어, 건강을 체크해주고 전자기기를 통해 제품을 인식하고 터치스크린까지 구현해준다고 하는데요. 오늘은 점점 똑똑해지고 있는 잉크에 대해 소개하도록 하겠습니다.
당뇨와 암을 체크해주는 #스마트 타투 잉크
지난해 MIT 대학은 건강상태에 따라 타투 색이 변하는 ‘DermalAbyss’ 잉크 기술을 선보였는데요. 이 타투는 바이오 센서 기능을 지는 특수 스마트 잉크를 사용해 혈당과 나트륨, PH 수치 등을 색으로 보여줍니다. 미국 MIT와 하버드 대학에서 개발한 이 바이오 센서는 동물 실험까지 현재 마친 상태라고 하는데요. 만약 당뇨가 있다면 채혈없이 이 타투를 통해 바로 알 수 있습니다.
▲PH 레벨에 따라 색이 변하는 잉크기술(출처: Xin LIU, Katia Vega)
취리히공대 생물공학과 마틴 퍼세니거 교수 연구팀도 올해 4월 암을 진단하는 스마트 타투를 개발해 발표한 바 있는데요. 평소 몸이 건강할 때는 보이지 않다가 건강이 악화될수록 타투 부위가 점점 진한 색으로 변하게 됩니다.
▲암 징조를 알려주는 스마트 타투(출처: medicalnewstoday.com)
이 스마트 타투 잉크에는 칼슘을 감지하는 수용체가 들어 있어, 몸속 칼슘 농도를 체크할 수 있는데요. 암세포가 뼈에 스며들 때 뼈에서 칼슘이 나오게 되는데, 암세포가 심장의 칼슘 처리를 방해하면서 생기는 원리를 스마트 잉크에 적용해 암을 진단할 수 있도록 한 것입니다. 별도 건강검진을 받지 않아도 몸 상태를 확인할 수 있는 이 스마트 타투 기술은 한국과학기술기획평가원(KISTEP)에서 ‘스마트 소사이어트를 구현할 미래 유망기술 10개’ 중 하나로 선정되기도 했습니다.
화상 및 노화치료해주는 #박테리아 잉크
▲살아있는 박테리아가 들어있는 3D 잉크(출처: Bara Krautz /scienceanimated.com)
최근 살아 있는 박테리아를 이용한 ‘박테리아 3D 프린팅 잉크’가 개발돼 화제가 됐는데요. 스위스 취리히공대(ETH) 복합물질실험실 안드레 스튜다르(André Studart) 교수 연구팀은 살아 있는 박테이라를 잉크로 사용하는 3D 프린팅 장치를 개발했다고 밝혔습니다.
▲박테리아 3D 잉크 치료기술 ‘Bioremediation’ 원리 (출처: Manuel Schaffner and Patrick A. Rühs)
잉크에 사용된 박테리아는 화학산업에서 대규모로 생성되는 독성 페놀물질을 파괴할 수 있는 ‘슈도모나스 퓨티다(Pseudomonas putida)’와 높은 순도의 나노 사이즈 셀룰로스를 분비하는 ‘아세토박터 자일리늄(Acetobacter xylinum)’인데요, 이는 통증을 완화하고 안정적으로 수분을 유지해줘 화상치료에 사용될 수 있습니다.
잉크에 들어간 박테리아는 인체에 해를 끼치지 않는 안전한 것으로, 의학 및 생명공학 분야에서 다양하게 사용될 것으로 기대를 모으고 있습니다. 예를 들어 화상을 치료하거나 노화치료에 사용될 수 있는데요. 마시는 물에 있는 독성을 감지할 수도 있습니다. 왠지 박테리아 하면 해로울 것만 같은데, 이렇게 우리의 건강과 안전을 지켜주는 용도로 변신하고 있습니다.
전기가 통하는 #전도성 잉크(Conductive Inks)
▲ 전도성 잉크를 사용한 정전식 터치 회로 (출처: themanufacturer.com)
전도성 잉크는 입자의 전자기적 성질을 이용해 수백만개의 둥근 모양의 초소형 캡슐로 이뤄진 미래형 잉크인데요. 간단히 ‘전기가 통하는 잉크’입니다. 캡슐 속에는 염료와 함께 전극으로 불리는 두 겹의 전도체 사이에 작은 칩이 들어가 있는데요, 이 캡슐들은 마이너스 전기를 받으면 흰색으로 변하고 플러스 전기를 받으면 검은색으로 변해 글씨가 새겨집니다. 플라스틱, 금속, 종이 등 거의 모든 물체에 인쇄가 가능합니다.
▲ RFID 태그 모습(출처: glm.ooo)
전도성 잉크는 전자책, 시계, 휴대폰뿐만 아니라 무선인식(RFID)용 태그, 인쇄회로기판, 터치 디스플레이, 전자파 차폐(EMI), 태양전지 등 전자산업에서 다양하게 활용되고 있는데요. 전자잉크로 프린팅해 건조만 시키면 전극을 형성할 수 있어 제조시간을 단축하고 원가를 낮출 수 있어 차세대 미래 잉크로 점쳐지고 있습니다.
최근 한국전기연구원(KERI) 나노융합기술연구센터는 이 전도성 잉크 가격을 1/10로 낮춘 새로운 복합 잉크를 개발했다고 전했는데요. 바로 그래핀과 구리를 합성하는 방법으로 제조단가는 낮추고 전기 전도성은 높인 ‘구리-그래핀 복합 잉크’로, 구리 표면에 여러층의 그래핀을 합성할 수 있는 액상합성법을 적용한 기술입니다. 대량생산공정기술도 확보해 제조단가를 확 낮춰 앞으로 더 많은 곳에서 활용될 것으로 기대됩니다.
친환경 잉크 기술 #ASR(알칼리수용성수지)
친환경은 모든 산업에 있어서 중요한 이슈인데요. 잉크도 예외는 될 수 없습니다. 친환경 잉크는 지구환경문제가 대두되면서 지속적으로 개발 및 발전되어 왔는데요. ASR(Alkali water Soluble Resin, 알칼리수용성수지)은 인쇄잉크와 종이코팅용 수용성 수지 및 에멀전으로, 기존의 유성제품을 수성화한 친환경적인 제품으로, 목재와 금속 코팅에도 활용되고 있습니다
ASR은 세계적으로 환경보호요구에 따라 그 수요가 점점 높아지고 있는데요. 한화케미칼은 자체 기술개발을 통해 수성 잉크를 제조할 때 사용되는 친환경 ASR(알칼리수용성수지)를 태국공장에서 생산하고 있습니다. 한화케미칼의 ASR은 수성 잉크 및 코팅액 제조에 있어서 안료분산, 안정성 및 인쇄성이 양호하며 내화학성과 내구성이 우수하고, 뛰어난 외관과 물성을 가지고 있습니다. 스마트한 잉크부터 친환경잉크까지, 인간과 자연을 생각한 잉크의 무한한 발전과 함께 한화케미칼에도 많은 관심을 부탁 드립니다
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