투명 접착성 전도체, 피부에 부착 가능해져

[산업일보]
피부 및 장기에 직접 부착해서 심전도, 움직임, 체온 등의 생체 신호를 감지하는 웨어러블 센서 연구개발이 급증하고 있다. 그러나 대부분의 생체 센서는 접착제를 사용해서 부착하므로 신호 감지 정확도가 떨어지고, 시각적으로 불투명한 한계가 있다.

이에, 별도의 접착제 없이도 피부에 강하게 접착해 생체 신호를 읽을 수 있는 투명 전극 재료가 개발됐다. 김진훈 박사과정생ㆍ박진우 교수(연세대학교) 연구팀이 강한 접착력을 갖는 고 기능성 투명 전극 재료를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다.

연구팀은 비이온성 계면활성제를 활용해 실리콘 고무의 접착력과 신축성을 크게 향상시키는 방법을 개발했다. 여기에 은 나노와이어를 삽입해 높은 전기전도도를 갖는 접착성 투명 전극을 개발했다.

또한 개발한 투명전극을 부착해 움직임을 감지하는 모션센서와 심전도를 측정하는 심전도센서를 제작했다. 그 결과, 피부와의 강한 접착으로 인해 측정값에서 노이즈가 줄어들고, 생체 신호를 보다 정확하게 감지한다는 것이 입증됐다.

박진우 교수는 “이 연구는 웨어러블 생체 센서의 접착력과 투명성의 한계를 극복한 것”이라며, “향후 근전도, 뇌전도, 혈당, 산소포화도, 체온 등의 다양한 생체 센서 뿐만 아니라, 웨어러블 나노 발전기, 디스플레이, 태양전지 등의 전자소자에도 다양하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

박 교수에 따르면, 이 연구에서는 소량의 계면활성제를 사용해 기존의 상용화된 실리콘 계열 고무의 기계적 성질을 효과적으로 제어할 수 있다는 것을 처음 확인했으며, 최초로 하이드로젤 계열이 아닌 재료를 기반으로 하여 투명하며 전도성이 뛰어난 점착성 전극재료를 개발했다는 데에 의의가 있다.

특히 계면조절을 통해 불균일한 가교결합 밀도를 갖게 하는 이 공정은 기존의 추가적인 접착물질을 사용하는 방법에 비해 피부에 사용해도 첨가제가 피부에 남지 않고, 판매되고 있는 계면 활성제를 이용해 손쉽게 제작할 수 있다는 점에서 획기적인 방법이다.

아울러, 이 연구에서 개발한 투명 전극 재료가 생체 신호를 매우 정확하게 감지할 수 있음을 모션 센서와 심전도 센서의 제작을 통해 증명하였기 때문에, 장차 생체 전기를 감시하는 근전도, 뇌전도 센서 및 압력, 온도, 생체분자 등의 다른 웨어러블 바이오 센서 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.