생체전자 기술은 화학, 생물, 물리, 전자, 나노기술, 재료과학 등의 요소가 복합적으로 결합된 기술이다. 생체전자 기술은 생체소재를 전자 기술과 결합한다는 복합적인 용어로서 바이오 센서와 같이 인식 또는 감지 기능이 있는 제품을 생산하거나 개별 분자를 사용해 반도체가 수행하고 있는 것과 같은 전자기능을 수행하는 기술을 말한다.
생체재료와 전자 기술이 더 긴밀하게 결합되면 더욱 광범위한 산업에 영향을 미쳐서 의료장치 및 진료장비는 물론 바이오 센서, 바이오 칩, 인공장기, 이식가능 보철 재료 등을 더욱 발전시킬 것이다.
앞으로 10년 안에 생체소재를 전자 기술과 결합한 제품이 상용화되겠지만 이 기간에 분자 전자 기술이 상용화할지는 불확실하다. 분자 전자 기술의 상용화 시기는 불투명하다 하더라도 관련기술과 분자생물학은 전반적으로 발전해 분자 전자 기술에 대한 연구와 투자가 계속 이루어질 것으로 보인다.
생체전자 기술은 바이오 칩이나 바이오 센서 같은 생체 인식이나 감지장치는 물론 신경과 같은 생체 소재에 첨가할 수 있는 생체 이식이나 보철장치의 개발을 가능하게 한다. 생체를 감지장치에 통합하는 기술의 발전은 느리게 진전됐지만 이 부문, 특히 의료장치 부문은 가까운 장래에 상당히 큰 시장이 형성될 잠재력이 있는 것으로 보인다.
바이오 소재의 나노공학, 효소의 유전자 공학, 수용체나 항체의 구조적 수정 등의 기술이 발전함에 따라 첨단 장치의 크기를 더 작게 줄일 수 있고 장치의 기능을 특화할 수 있게 될 것으로 보인다. 이처럼 기술이 더욱 발전되면 현재 보다 응용 범위와 분야가 더 넓어질 것이다. 더구나 생체 소재, 바이오 센서, 나노 기술, 게놈 기술 등에 대한 결합 기술의 개발이 더 진전되면 생체 전자 분야가 발전할 것이다.
또 비교적 새로운 분야이긴 하지만 생체 부품을 이용해 현재 사용되고 있는 트랜지스터, 다이오드, 컨덕터 등과 같은 기능을 갖는 분자 차원의 전자 기술을 이용한 전자회로와 DNA 컴퓨팅 시스템이 개발되고 있다.
생체전자 기술의 적용 분야는 바이오 센서, 인체 이식 조직, 광 센서, DNA 마이크로 어레이, 바이오 MEMS, 분자 전자 등 광범위하다. 현재 인체 이식 가능한 포도당 감시장치와 적절한 분량의 인슐린을 투여하는지 감지할 수 있는 인공췌장의 개발이 상당 수준 진척되고 있다. 또 제어 회로와 생체 조직 사이의 교신을 가능케 하는 광 센서와 장치의 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. DNA 마이크로 어레이는 이제 떠오르는 기술이지만 생명과학 연구의 중요한 툴이 되고 있다. 분자 전자 기술은 아직 기초연구 단계에 있지만 현재 사용하고 있는 실리콘 칩의 물리적 및 생산 기술적 한계점을 해결해줄 수 있는 기술이 될 것이 틀림없다.
이 부문 기술의 상용화는 기본적으로 시장 요인보다는 기술의 발전에 달려 있다. 따라서 상용화는 소재, 컴퓨터, 통신, 전자, 분자 생물과학 등을 포함하는 여러 물리 및 생체과학 분야 업체들에 의해 주도될 것이다.
생체 전자 기술 부문에서는 바이오 센서가 상용화에서 제일 앞서가고 있으나 널리 적용되려면 개선해야 할 부분이 아직 많이 있다. 따라서 바이오 센서 시장은 아직 규모가 작고 성숙되지 않은 상태다. 고정시키는 기술, 단백질 공학, 극소화 및 센서의 통합 등의 기술이 더 발전하면 현재 바이오 센서가 안고 있는 여러 가지 문제점이 해결될 수 있을 것이다. 또 많은 생체 소재는 생체 호환성이 개선돼야 하는데 이 부문에서도 진전이 이루어지면 상용화가 촉진될 것이다.
생체전자 기술이 상용화되면 많은 분야 산업에 영향을 미칠 것이다. 특히 제품의 소형화 기술이 발전하면 장비 제조업체들은 분자 수준의 소재를 조정하고 처리할 수 있는 툴과 기계를 개발하지 않으면 안될 것이다.
분자 전자 기술은 원자력 현미경과 같이 원자를 조정할 수 있게 해줄 것이고 장기적으로는 나노 기술을 발전시켜서 나노 전자 기계 시스템(NEMS:Nano Electro Mechanical System)을 개발할 수 있게 될 것이다.
DNA분자는 직경이 약 2나노미터로 NEMS는 생체 분자와 같은 규모로 운용할 수 있을 것이다. 분자 전자 기술이 ‘스마트 물질’과 함께 더 개발되면 기존 전자 제품보다 처리 능력이 강하고 정보저장 용량이 더 큰 저장장치가 개발될 수 있을 것이다. 하지만 분자 전자 제품이 순수한 분자 장치가 될 것인지 아니면 실리콘-유기물의 혼합체가 될지는 아직 불확실하다. 일부 분자 전자 기술 개발자들은 이 기술이 현재의 실리콘 반도체의 발광 또는 광 검출력 부족, 다른 분자와 같은 방식으로 상호작용하지 못하는 등의 부족한 부분을 보완해 주는 역할을 할 것으로 보고 있다.
이처럼 생물전자 기술은 인프라가 아직 제대로 구축되지 않아 상용화가 느리게 이루어질 것으로 보인다. 앞으로 10년 동안 이 부문 상용화 노력은 제품의 극소형화와 생체부품과 전자기술의 결합에 주안점을 둘 것으로 보인다. 그리해서 인체 이식 가능 포도당 감지 장치와 같은 바이오 센서가 상용화되고 그 다음에는 2010∼2020년에 바이오 MEMS와 인공 기관이 상용화되며 분자 전자는 오는 2020년 이후에 상용화할 것으로 예상된다. 결과적으로 이 부문 제품의 상용화는 몇 년 단위가 아니라 몇 십년 단위로 이루어질 것으로 보인다.
현재 바이오 센서와 바이오칩 제품을 생산하는 업체들이 많이 있고 바이오 전자 분야에서는 이 부문이 발전을 주도할 것으로 보인다. 이와 함께 학계에서는 분자 전자 기술에 관한 관심이 높아지고 있고 소재 기술 업체들은 새로운 소재를 개발할 것으로 보인다.
많은 신생업체들이 생체 분자의 행태를 연구하여 분자 전자 기술을 개발하고 있다. 미국, 일본, 유럽, 아시아 국가 정부 기관 및 주요기업들이 분자 전자 기술의 개발에 적극적인 투자를 하고 있다. 특히 미국 국방 및 정보기관에서는 여러 대학이나 연구기관의 분자 전자 기술 개발사업을 지원하고 있다. 이밖에 한국, 이스라엘, 인도, 러시아 등이 지난 90년대 중반부터 이 부문 기술 개발에 참여하고 있다. 이 부문 제품이 상용화하려면 더 많은 기관과 기업이 연구개발사업에 투자하고 참여해야 할 것이다. 또한 디자인 및 제조 기술이 더 발전하고 마케팅·유통 채널이 확충되며 생체 호환성이 향상돼야 한다. 또 상용화하려면 전력 소모가 적을 뿐 아니라 무엇보다도 가격이 낮아야 할 것이다.
이 분야 부문별 주요 업체 및 기관은 바이오칩 업체로 ACLARA 바이오사이언시스(BioSciences·미국), 아피메트릭스(Affymetrix·미국), 모토로라(미국) 등이 있고 생물의학 센서 업체에는 비아코어(Biacore) AB(스웨덴), 바이오센서스 재팬(Biosensors Japan·일본), 막스-플랑크 인스티투트 퓨어 비오케미(Max-Planck-Institut fur Biochemie·독일) 등이 있으며 분자 전자 개발 기관은 미국의 코넬 및 스탠퍼드대학, MITRE과 일본의 도쿄대학 등이다.