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"세포에도 찰싹~"···접촉성 뛰어난 패치 구조체 개발

ETRI, 국내·외 공동 연구로 기계적 안정성 향상···'젖음현상' 이용 반복 접촉
"웨어러블 패치 적용 가능"···신호감도·전달 효율 획기적 증대 기대 
 비선형 구조체의 계층별 이미지와 실제 사용된 구조체의 실물. <자료=ETRI 제공> 비선형 구조체의 계층별 이미지와 실제 사용된 구조체의 실물. <자료=ETRI 제공>

국내 연구진이 울퉁불퉁 한 곳에도 잘 달라붙는 패치를 개발했다. 

ETRI(한국전자통신연구원·원장 이상훈)는 문승언 ICT소재연구그룹 박사와 김준수 연구원이 조혜성 미국 펜실베이니아대 박사와 공동 연구를 통해 마이크로미터(㎛) 단위의 세포 수준에도 잘 붙는 패치 구조체를 개발했다고 14일 밝혔다. 

연구팀은 패치와 피부 간 신호 및 물질 전달이 잘 이뤄져 향후 생체와 웨어러블 기기 표면에 설계하면 생체와 기기간 신호, 정보, 물질 전달 효율을 높일 수 있을 것으로 기대했다. 

사람 피부 표면에 잘 붙는 구조체는 웨어러블 기기 개발에 꼭 필요하지만 기계적 안정성이 떨어져 구현이 쉽지 않다. 피부 표면에 붙이기 위해 얇게 만들다보니 막이 쉽게 찢어지거나 말려 한 번 부착하면 위치를 옮기거나 떼기가 힘들다. 

이에 연구팀은 액체가 고체 표면에 젖어 들어가는 '젖음현상(Wetting)'이 고체와 고체 사이에도 가능할 것으로 예측하고 응용해 구조체를 만들었다. 고분자 소재인 폴리 우레탄 아크릴레이트(PUA)를 사용해 서로 다른 크기를 갖는 구조가 공존하는 얇은 막을 제작했다. 

연구팀은 젖음성이 뛰어난 얇은 나노 박막과 젖음성이 적지만 얇은 박막을 지탱할 수 있는 마이크로 박막을 층층이 쌓아 500마이크로미터에서 800나노미터(㎚)까지 3층 계층 구조 박막을 제작했다. 

이는 탈부착이 쉽고 재사용이 가능해 수 마이크로미터 세포 수준의 거친 표면에도 빈틈없이 접촉이 가능해졌다. 

연구팀은 사방 1cm 크기의 26마이크로미터 두께 패치를 제작해 손가락 위에 올려 붙이는 실험을 진행해 성공했으며, 나뭇잎·머리카락·동물 피부 등 세포 수준의 곡률을 갖는 표면 위에도 반복적 탈부착이 가능함을 확인했다. 

피부 뿐만 아니라 붙이는 대상이 다르거나 PUA와 다른 재료가 바뀌어도 구조체를 설계하는 데 문제가 없음도 증명했다고 연구팀은 밝혔다. 

ETRI 관계자는 "피부에 잘 달라붙는 패치 개발을 통해 양질의 생체정보를 얻을 수 있어 웨어러블 기기 보편화에 큰 도움이 될 것으로 본다"며 "앞으로 사람의 피부로부터 얻을 수 있는 생체정보를 모니터링 가능한 패치 개발에 주력할 계획"이라고 밝혔다. 

이번 연구는 국가과학기술연구회 융합연구사업과 ETRI-KIST 협력연구사업 지원으로 개발됐으며, 연구 성과는 국제 학술지인 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 지난달 실렸다. 

김준수 연구원(우)과 문승언 박사가 바이오 패치의 비선형 구조체의 이미지 및 실제 사용된 구조체의 실물사진을 보며 시연하고 있다. <사진=ETRI 제공>김준수 연구원(우)과 문승언 박사가 바이오 패치의 비선형 구조체의 이미지 및 실제 사용된 구조체의 실물사진을 보며 시연하고 있다. <사진=ETRI 제공>
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