[위즈뉴스] 한국연구재단은 12일, 성균관대학교 김선국 교수와 한국전자부품연구원 이성호, 이민구 연구원으로 구성된 공동 연구팀이 피부에 부착하는 신축성 있는 패치형태의 센서로 최장 7일간 생체신호를 실시간으로 모니터링하는 시스템을 구축했다고 밝혔다.
이번 연구성과를 담은 논문은 SCI급 국제학술지 'IEEE Transaction on Industrial Electronics(IF=7.050)’ 11월 6일자에 게재됐다. 논문 제목은 "All-day Mobile Healthcare Monitoring system Based on Heterogeneous Stretchable Sensors for Medical Emergency"이다.
연구팀은 착용자의 움직임에도 불구하고 안정적으로 피부 표면의 온도나 습도, 착용자의 동작(보행, 넘어짐 등)을 포착할 수 있는 새로운 디자인의 고감도 생체신호 모니터링 센서를 개발했다.
뱀처럼 구불구불한 형상의 서펜타인 구조를 통해 x축과 y축 방향 으로 유연성을 확보하는 한편, 키리가미 구조를 통해 z축에 대해서도 신축성을 부여함으로써, 패치가 가진 응력의 최대 200%까지 압력을 가해도 기계적 및 전기적으로 안정성을 유지하도록 설계 했다.
키리가미(Kirigami)란 자르다를 의미하는 일본어 ‘kiri’와 종이를 뜻하는 ‘gami’가 합쳐져, 특정 패턴이나 모양으로 자른 뒤 접었을 때 입체 형상을 나타내는 구조를 말한다.
신체변화를 모니터링하거나 질병의 초기신호를 감지할 수 있는 웨어러블 헬스케어 디바이스에 관한 연구가 활발하게 진행되어 왔지만, 장시간 사용하기 불편하거나 피부에 잘 밀착되지 않아 정확한 정보를 모니터링하는 데 한계가 있었다.
이런 이유로, 연구팀은 착용성을 고려해 피부에 밀착되어 움직임(압착, 밀고 늘어남)에 제약을 주지 않도록 피부 친화적이면서 방수성을 갖는 다공성 실리콘 점착제로 된 패치에 해당 센서를 구현해 냈다.
이번 연구에서 개발된 센서는 생체 친화적이며 피부에 적합한 점착성을 가진 실리콘을 활용했으며, 식약처 기준에 준하는 생물학적 안전성 (biocompatibility ; 세포독성, 감작성, 급성독성, 피부자극, 발열성)이 확보된 패치를 사용했다.
이 센서의 작동 원리는 피부 온도 변화에 따라 나타나는 신축성 백금센서의 저항변화를 이용하는 것으로, 이를 통해 20 ~ 50범위에서 0.2 이내의 오차범위로 온도를 측정할 수 있도록 했다.
나아가 스마트폰 어플리케이션을 통해 실시간으로 신호변화를 확인할 수 있도록 무선통신 모듈도 함께 구현했다.
지속적인 관찰이 필요한 신생아, 노약자, 운동선수 등의 생체 신호를 모니터링해서 응급상황에 대처할 수 있도록 하는 데 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀의 김선국 교수는 "기존 센서와 달리 움직임이나 변형에 대한 신호의 영향이 없고, 피부에 부착이 가능하여 정확한 데이터 수집이 가능하기 때문에, 헬스케어 뿐만 아니라 장시간 부착하여 응급상황 모니터링용 시스템으로도 적용 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.
연구팀은 병원과의 임상연구를 통해 인허가를 위한 후속연구를 진행할 계획이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원 사업 및 바이오의료기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
