연구팀이 개발한 다공성 폴리머 소재. 균일한 미세 구멍과 높은 수분 투과도를 지녔다/KAIST 제공
한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과 조영호 교수팀이 웨어러블 센서에 땀이 차서 생기는 부작용을 방지할 수 있는 고발습 소재와 제조공정을 개발했다.
피부에서 발생하는 땀의 양을 뛰어넘는 고발습 효과를 지닌 다공성 폴리머 유연 소재다.
기존 유연 소재는 피부에서 발생하는 땀을 모두 증발시키지 못해 웨어러블 기기를 장기적으로 피부에 부착할 때 피부 발진이나 홍조를 유발하는 단점이 있다.
연구팀은 매우 작은 구멍이 균일하고 촘촘하게 배치되는 다공성 폴리머 소재를 만들었다.
기존 다공성 폴리머는 설탕 등의 고형 입자를 폴리머에 혼합한 후 용액으로 입자를 녹여서 구멍을 만든다.
고형 입자의 크기와 분포가 균일하지 않아 박막 형성이 어려운 단점을 지니고 있다.
연구팀은 미세한 구멍을 만들기 위해 폴리머 내로 투과성이 낮은 물 대신 투과성이 높은 에탄올을 용매로 사용했다.
스핀코팅을 통한 매우 얇은 막 형성이 가능하도록 에탄올에 용해도가 낮은 설탕 대신 구연산 용액도 이용했다.
균일한 구멍 크기를 가질 수 있도록 구연산을 마이크로 사이즈로 고체로 만들어 적용했다.
고발습성 다공성 유연 폴리머 제조공정/KAIST 제공
이렇게 해서 기존 대비 미세구멍의 크기를 약 15분의1로 줄이고 균일도가 두 배 높아진 21~300마이크로미터(μm) 두께의 박막을 만들어 냈다.
수분 투과율도 770g/㎡로 피부의 하루 땀 발생량인 432g/㎡보다 1.8배 높았다.
연구팀이 유연소재를 7일 간 피부에 부착해 살펴본 결과 피부홍조나 발진이 생기지 않았다.
반면 기존 소재를 붙인 피부는 땀이 제대로 빠져나가지 않아 자극성 접촉 피부염 증상을 보였다.
이번 연구로 피부부착 형 웨어러블 소자의 착용 시간을 늘릴 수 있는 계기가 마련됐다는 평가를 받고 있다.
조영호 교수(왼쪽)와 윤성현 연구원/KAIST 제공
연구팀은 "고발습 유연 소재 박막 위에 인간의 생체신호를 측정할 수 있는 센서를 집적해 상시 착용이 가능한 반창고형 감정 측정 패치를 개발하고 있다"고 밝혔다.
이번 연구는 국제학술지 네이처(Nature)의 자매지인 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 1월 13일 온라인판에 게재됐다.
[ⓒ 에너지단열경제. 무단전재-재배포 금지]
