보건타임즈 : 서울대병원·서울대, 맞춤형 건강관리 선도 '가이드라인' 제시

백선하 교수, 서울대 응용바이오공학과 박원철·장왕 교수와 공동 연구팀

'건강 상태와 움직임' 모니터링과 착용 가능

'심박수, 호흡, 근육 움직임 등' 정밀하게 모니터링

'파킨슨병, 뇌졸중, 치매 등 다양한 뇌 질환 모니터링과 진단 활용' 기대

논문, 국제 학술지 'Nano Materials Science 온라인'에 게재

[보건타임즈] 최근 인간의 피부에 부착해 건강 상태와 움직임을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 착용할 수 있으면서 신축성 있는 '스트레인 센서(논문보기)'가 개발됐다.

이 센서는 전도성 고분자 복합재(CPC conductive polymer composites)를 사용해 제작됐으며, 높은 감도와 우수한 성능을 갖추고 있다.

특히, 맞춤형 건강관리와 진단·모니터링 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

서울대병원 신경외과 백선하 교수(사진 좌) 서울대 응용바이오공학과 박원철(중)·장왕 교수(우) 공동 연구팀은 CPC 스트레인 센서의 제조 방법, 작동 메커니즘과 스트레인 감지 기능연구를 통해 고감도와 우수한 신축성을 갖춘 센서를 설계·개발, 26일 이와 관련된 표준과 가이드라인을 제시했다.

스트레인 센서는 물체의 변형이나 변위를 측정하는 장치다.

주로 기계적인 스트레스나 압력이 가해졌을 때 변화량을 전기적 신호로 변환해 측정한다.

가령 센서가 장착된 부분에 힘을 가해 늘어나면 센서의 저항값이 변하며, 이를 통해 신호가 생성돼 변형의 정도를 측정할 수 있다. [그림, CPC 스트레인 센서 제조공정, 작동 메커니즘과 스트레인 감지 기능에 대한 개략도]

개발된 CPC 스트레인 센서는 전도성 필러와 유연한 고분자를 혼합해 제조됐으며, 다양한 부위에 부착해 심박수, 호흡, 근육 움직임 등을 정밀하게 모니터링할 수 있다.

센서는 높은 게이지 인자를 통해 아주 미세한 변화까지 감지할 수 있으며, 착용감과 생체 적합성이 뛰어나다.

연구팀은 센서의 구조적 설계에서부터 제조 방법에 이르기까지 다양한 기술을 적용했다.

스트레인 감지 메커니즘에선 구조 공학, 단절, 균열 전파와 터널링 효과를 활용, 높은 감도의 변형률 감지를 가능하게 했다.

즉 센서가 신체의 복잡한 움직임에도 민감하게 반응할 수 있도록 만든 것이다.

센서의 제조 과정에선 '혼합 도핑'과 '표면 개질' 두 가지 기술이 활용됐다.

혼합 도핑은 전도성 나노 필러를 용융 폴리머에 직접 섞는 방식으로 전도성 네트워크의 효과적으로 제어를 가능하게 했다.

표면 개질은 전도성 필러를 폴리머 기판 표면에 선택적으로 개질해 센서의 감도와 내구성을 향상시켰다.

박원철 교수는 "이 연구를 통해 고성능 CPC 스트레인 센서를 개발한다면 첨단 건강 모니터링시스템을 통해 일상생활 속에서 쉽게 건강을 관리하는 것은 물론 삶의 질을 향상시킬 수 있을 것"이라고 말했다.

백선하 교수는 "향후 이 센서가 건강 모니터링뿐 아니라 파킨슨병, 뇌졸중, 치매 등 다양한 뇌 질환의 진단과 모니터링에 유용하게 활용될 수 있기를 희망한다"고 말했다.

이 리뷰 논문은 'Wearable and stretchable conductive polymer composites for strain sensors: How to design a superior one?'이란 주제로 국제 학술지 '나노 재료 과학(Nano Materials Science, IF; 9.9) 온라인'에 게재됐다.