“얼굴의 돌출된 부위까지 밀착 관리할 수 있어 노화 치료의 혁신적인 대안이 될 것이라고 기대합니다.”
과학기술정보통신부가 주최하고 한국연구재단과 서울경제신문이 공동 주관하는 ‘이달의 과학기술인상’ 2월 수상자로 선정된 이건재 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 석좌교수 연구팀은 피부 밀착형 면발광 마이크로 발광다이오드(LED)마스크를 개발했다. 피부 노화로 인한 주름·처짐 등의 문제를 해결해 기존 제품 대비 피부 탄력을 340% 높였다는 점에서 기술력을 인정받았다.
기존 LED 마스크 제품은 딱딱한 구조와 점 발광 방식으로 인해 피부에 밀착되지 않고 광 손실이 발생, 치료용 빛이 진피까지 균일하게 전달되지 못하는 한계가 있었다. 마이크로 LED 공정 과정에서 재료 기판에 LED칩을 배치하면서 접착제를 사용하는 방식이다 보니 생산 비용이 높고 효율성은 낮아 상용화도 어려웠다.
이에 이 교수 연구팀은 유연한 기판에 3차원 종이 접기 구조를 적용해 얼굴의 굴곡과 돌출된 부위에 밀착할 수 있는 LED마스크를 개발했다. 유리 기판에 미세한 구멍을 뚫어 진공관을 연결한 뒤 진공 흡입력을 조절해서 LED칩을 부착하고 빛을 선택적으로 대량 전사하는 마이크로 진공 대량 전사 기술로 난제를 해결했다.
이에 따라 면발광 마이크로 LED마스크는 빛의 입자 산란을 유도해 광원을 면으로 확산시켜 광 손실을 최소화할 수 있었다. 또 기존 방식보다 빠르고 정확하게 빛을 전사시키며 색상 선택도 가능하게 했다. 사람 피부뿐만 아니라 종이와 나뭇잎 등 다양한 소재에도 적용해 활용도 역시 높였다.
특히 피부 탄력과 재생에 효과적인 630㎚(나노미터·10억분의 1m) 파장의 빛을 균일하게 전달하기 위해 마이크로 LED 3770개와 광 확산층(광원이 방출하는 빛을 고르게 분산시켜 균일한 발광을 유도하는 층)을 활용했다. 이를 통해 1.5㎜ 깊이의 진피까지 빛을 균일하게 전달하며 진피 내 미토콘드리아를 자극하고 콜라겐과 탄력 섬유의 합성을 촉진하는 성과를 거뒀다.
실제 연구팀은 피부 탄력, 주름, 처짐, 모공 등 8가지의 모든 피부 노화 지표에서 탁월한 개선 효과를 확인했다. 피시험자 33명을 대상으로 한 대학병원 임상시험에서 기존 LED 마스크 대비 진피층의 피부 탄력이 3.4배 향상되는 유의미한 효과도 확인했다.
이 교수는 “인간 신체와 활동에 적용할 수 있는 마이크로 LED 제품 개발과 양산화의 핵심 기술로 활용될 것으로 기대된다”며 “머리에 밀착할 수 있는 발모용 면발광 모자 상용화 연구 등도 이어갈 것”이라고 강조했다. 실제 이 교수는 KAIST 기술가치창출원장을 맡아 기술사업화에 중점을 두며 연구 활동을 이어가고 있다. 기술가치창출원은 KAIST 기술이전 지식재산과 산학 협력을 총괄하는 조직이다. 그는 “대학이 단순히 논문만 쓰는 곳이 돼서는 안 된다”며 “연구실의 아이디어가 기술사업화로 이어져 국가 경제에 기여하고 사람들의 삶을 풍요롭게 해야 한다”고 강조했다.
대학원을 나온 뒤 국내 벤처기업에 취업해 쌓은 현장 경험도 이 교수가 연구실에 머물지 않고 창업과 특허 등에 신경 쓰며 기술사업화에 나서는 배경이다. 이 교수는 “앞으로 연구팀이 보유한 세계 최고 성능의 유연 압전 소재를 활용해 의료계 표준 수준의 정확도를 맞출 수 있는 유연 압전 기반 혈압 센서도 사업화할 것”이라며 “미래에 필요한 기술에 계속 도전할 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 과기정통부 중견 연구 사업의 지원을 받아 수행됐으며 연구 성과는 국제 학술지 네이처커뮤니케이션에 2023년 11월, 어드밴스트 헬스케어 머티리얼스에 2022년 11월 각각 게재됐다.
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