미래캠퍼스 의공학부(박인수 교수 연구팀) - 고려대학교 생명정보공학과(이규도 교수 연구팀) - 성균관대학교 바이오메카트로닉스학과(박진성 교수 연구팀) 공동 연구팀은 액체금속을 전극으로 내장한 바늘 없는 전기분사(LM-ESD, Liquid Metal-Embedded Electrospray Deposition) 시스템을 최초로 개발했다. 이번 연구 성과는 전기분사 기술의 새로운 패러다임을 제시한 것으로, 2025년 9월 국제학술지 Advanced Science(IF 14.1)에 게재되었으며, 해당 저널은 재료과학 분야 최상위권 학술지로 꼽힌다. 또한 본 논문은 해당 호의 표지논문(Front cover)로 선정되었다.

 

기존 전기분사 기술은 외부 전극과 바늘 구조에 의존해 막힘(clogging), 낮은 재현성, 복잡한 제작 공정의 한계를 지녀왔다. 이에 반해 이번에 개발된 LM-ESD 시스템은 PDMS(Polydimethylsiloxane) 기반 마이크로칩 내부에 갈륨–인듐 액체금속(EGaIn) 전극을 직접 삽입하여 별도의 전극 연결이나 바늘 없이도 안정적인 전기장을 형성한다. 그 결과, 균일하고 정밀한 미세 액적 배열을 장시간 안정적으로 형성할 수 있음이 확인되었다.

 

아울러, 이 시스템은 형광현미경, 주사전자현미경(Scanning Electron microscope, SEM), 원자힘현미경(Atomic Force Microscopy, AFM), 라만 분광 분석 등을 통해 높은 균일성과 재현성을 입증했으며, 제작 공정이 간단해 저비용 대량생산이 가능하다. 이를 통해 반도체 박막 코팅, 단일세포 배열, 바이오칩 분석 등 다양한 분야로 응용이 가능함을 보여주었다.

 

 

또한, 이 과정에서 나타나는 커피링 효과(coffee-ring effect)와 표면 전하 분포를 분석하여, 전기분사 과정의 물리적·화학적 메커니즘을 규명했다. 이를 통해 향후 전기분사 기반 고기능성 박막 코팅, 바이오센서 제작, 나노소재 증착 등 응용 분야 연구에 중요한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

 

박인수 교수는 “외부 전극이나 바늘 없이도 고정밀 전기분사가 가능한 새로운 플랫폼을 제시한 것”이라며, “앞으로 차세대 바이오칩 공정, 단일세포 및 단백질 분석 등 다양한 산업·의료 분야로 확장할 수 있을 것”이라고 강조했다.

 

(관련 링크: http://doi.org/10.1002/advs.202510905)