고성능 잉크젯 프린트 헤드로 바이오프린팅 생산성 높인다

제목	고성능 잉크젯 프린트 헤드로 바이오프린팅 생산성 높인다
추천 연구 논문	A relaxor-ferroelectric PMN-PZT thin-film-based drop-on-demand printhead for bioprinting applications with high piezoelectricity and low heat dissipation (Sensors and Actuators B: Chemical (2024) https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136194)
선정 이유	기존 3D 바이오프린팅은 주사기 형태의 단순한 프린팅 장비를 사용해 시간이 많이 소요됨. 이를 해결하기 위해 고해상도로 여러 위치에 동시에 출력할 수 있는 잉크젯 기술이 연구되고 있지만, 기존 기술은 점도가 높은 잉크 토출이 힘들고 발열 문제로 바이오잉크를 다루는 데 어려움이 있음. 이러한 문제를 해결하기 위해 높은 효율, 낮은 발열의 PMN-PZT 잉크젯 프린트 헤드를 개발함.
주요 내용	기존 잉크젯 프린터의 생산성 문제 해결을 위해 반도체 공정인 미세가공기술을 활용해 300μm 간격으로 배치된 16개의 잉크 토출부로 구성하였고 핵심 소재인 압전물질의 동작 원리를 활용하여 구동 효율을 높임으로써 프린터에서 발생하는 열을 줄임과 동시에 잉크를 출력하는 성능을 향상함. 이를 위해 구현이 어려운 높은 압전 성능과 낮은 유전 손실을 가지는 PMN-PZT라는 압전 소재를 박막화하여 잉크젯 프린트 헤드를 제작하였고, 동작 신호 최적화를 통하여 동일 세기의 신호임에도 약 2배의 큰 변위와 발열량을 73.4% 낮춰 온도 상승이 2도 이하에서 동작함. 이를 통해 1.2m/s의 속도로 직경 32μm의 점도가 높은 하이드로젤 토출을 확인함.
시사점	연구 결과, PMN-PZT 프린트 헤드는 바이오프린팅의 생산성과 안전성을 높일 것으로 보임. 특히 동작 신호 최적화를 통한 변위 개선과 30도 이하의 동작 온도로 인하여 세포와 생체 재료의 변성을 최소화하여 다양한 바이오잉크를 활용하여 인공 장기, 새로운 약물 개발 등 맞춤형 의료 분야에서의 사용할 가능성이 높음. 또한, 대량 생산이 필요한 반도체 패키징에 사용하는 고점도의 접착제 및 코팅제에도 적용이 가능하여 여러 산업군으로 적용할 예정임.