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  • 기사등록 2022-04-18 09:25:54
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▲ KRISS-성균관대 공동 연구팀 (왼쪽부터 김다완 KRISS 객원연구원, 전승환 성균관대 석박통합과정생, 김민석 KRISS 책임연구원, 황귀원 성균관대 석박통합과정생, 민형호 KRISS 학생연구원, 김진형 성균관대 석박통합과정생)



[기계신문] 한국표준과학연구원(KRISS)과 성균관대학교가 공동으로 피부에 부착해 생체신호를 측정할 수 있는 의료용 실리콘 전자패치 기술을 개발했다.


이번 기술의 핵심성과는 화학 접착제 없이도 피부 접착력이 우수한 실리콘 전자패치와 탄소나노섬유 기반의 신축성 전극이다. 심전도, 체온 등 생체신호를 24시간 상시 모니터링할 수 있어 의료용 웨어러블 기기 등에 활용할 수 있다.



▲ 탄소나노섬유 전극이 삽입돼 신축성이 뛰어난 실리콘 전자패치



의료용 웨어러블 기기는 인구 고령화와 심혈관질환의 증가, 비대면 원격의료 확대로 수요가 증가하는 추세다. 특히 심근경색, 협심증, 부정맥 등의 심혈관질환은 전조증상을 환자가 인지하지 못해 치료의 골든타임을 놓치는 경우가 많아, 웨어러블 기기 등을 이용해 생체신호를 상시 모니터링하는 것이 중요하다.


기존의 전자패치는 신체를 움직이거나 피부에 땀과 유분이 발생하면 접착력이 급격히 떨어져 상시 착용이 어렵다. 이를 보완하기 위해 화학접착제를 사용하는 경우 피부 가려움증, 알러지 등의 부작용이 발생할 수 있다. 생체 전기신호를 전달하기 위해 전도성 소재를 사용하나, 화학적‧열적 내구성이 약해 전기적 성능이 쉽게 저하된다.



▲ 수컷 물방개의 앞발 구조를 모사한 생체친화 피부접착 패치 개념도



공동 연구팀은 기존 제품의 문제점을 개선하기 위해 물 속에서도 미끄러지지 않는 물방개 앞발의 미세구조를 모방해 운동이나 샤워 중에도 떨어지지 않을 만큼 피부 접착력이 뛰어난 전자패치 소재를 개발했다. 인체에 무해한 의료용 실리콘으로 제작됐으며 통기성과 배수성이 우수해 장시간 안정적으로 착용할 수 있다.


탄소나노섬유 소재의 신축성 전극은 피부가 접히거나 늘어나도 전기전도성을 잘 유지한다. 기존 전자패치 전극의 약한 내구성을 보완하기 위해, 전도성 소재인 탄소나노섬유를 실리콘 표면에 뿌리박는 새로운 구조를 고안했다. 신체 움직임에 따라 늘어나면서도 패치와 전극이 쉽게 분리되지 않아 신축성, 전도성, 내구성을 동시에 확보했다.



▲ 탄소나노복합소재의 제작 공정 개념도 및 이의 전기적/내구적 성능



연구팀은 개발된 패치 소재와 신축성 전극, 온도센서를 결합해 웨어러블 패치를 구현했다. 성능 시연 결과 운동 후 피부에 땀이 흐른 상태에서도 접착력이 안정적으로 유지되었으며 심전도와 체온을 실시간으로 모니터링이 가능했다. 이번에 개발한 기술을 적용하면 기존 제품 대비 제작 공정을 단순화하고 비용을 절감할 수 있어 대량생산에도 유리하다.


KRISS 김민석 역학표준그룹장은 “기존 의료용 전자패치는 해외 제품이 전부로, 그마저도 성능 면에서 폭넓은 활용이 어려웠다”며 “이번 성과는 원격진료 및 진단에 기여할 수 있어 국내 웨어러블 의료기기 산업에 마중물 역할을 할 것으로 기대된다”고 언급했다.



▲ 젖은 피부에 부착하여 심전도 및 온도 측정이 가능한 신축성 전자패치



성균관대 방창현 교수는 “후속 연구를 통해 심전도 외에도 맥박, 혈압, 호흡수, 체온 등 4대 생체활성징후 및 산소포화도를 실시간 측정해 종합 진단할 수 있는 웨어러블 센서를 개발할 예정”이라고 밝혔다.


KRISS 주요사업 및 한국연구재단 신진연구자 지원사업 등의 지원을 받아 수행한 이번 연구의 성과는 국제학술지 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 게재됐으며 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 표지(back cover) 논문으로 선정됐다.



▲ 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials) 학술지 표지


기계신문, 기계산업 뉴스채널

한음표 기자 hup@mtnews.net

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