개발 센서 헬스케어에서 의료까지 활용 기대
전북대학교 공과대학 이한얼 교수(신소재공학부 전자재료공학전공) 연구팀이 3차원 다공성 그래핀을 활용한 실시간 생체신호 모니터링 시스템을 개발했다.
이 연구는 국립금오공과대, 미국 코넬대와 국제 공동연구를 통해 진행됐으며, 세계적 학술지 'Energy & Environmental Materials' (Impact Factor: 13.0, 학문분야 상위 7.9%)에 게재됐다.
최근 건강관리를 위해 스마트워치, 피트니스 밴드와 같은 웨어러블 헬스케어 기기가 인기를 끌고 있다. 이들 기기는 심박수, 체온, 운동량 등을 측정해 건강을 관리하는 데 도움을 준다. 하지만 기존의 센서는 정밀도가 낮거나, 피부와의 밀착력이 부족해 신호 감지 성능이 떨어지는 한계가 있었다.
이러한 한계를 극복하기 위해 ‘그래핀’이 주목받고 있다. 전기 전도성이 뛰어나고 유연하면서도 내구성까지 강하기 때문이다. 그러나 기존 그래핀 제조 방식은 비용이 높고, 생산 과정이 복잡한데다 원하는 성능을 얻기가 어려워 상용화가 쉽지 않았다.
이한얼 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 초고속 플래시광 조사를 이용한 그래핀 합성법을 개발했다. 플래시광을 조정하는 방법을 최적화해 고순도·고전도성을 갖춘 3D 다공성 그래핀을 단시간 내에 합성할 수 있게 됐다.
이 기술로 만들어진 그래핀은 기존보다 표면적이 넓고, 생체 신호 감지 능력이 우수해 웨어러블 센서로 활용할 때 감지 성능이 우수하다.
연구팀은 이를 활용해 피부에 부착해 실시간 생체신호를 모니터링할 수 있는 웨어러블 생체신호 모니터링 센서를 개발했다. 이 센서는 피부에 부착해 신체 움직임, 체온, 땀 속 이온 변화를 정밀하게 감지할 수 있으며, 의료기기나 헬스케어 디바이스에 적용할 수 있고, 다른 전자소자와도 집적되어 다양한 분야로의 적용이 가능하다.
이번 연구로 개발된 기술은 웨어러블 기기뿐만 아니라 의료, 스포츠, 재활 치료 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
당뇨병 환자의 땀 속 혈당 변화를 실시간으로 측정하는 센서나, 환자의 체온 변화를 지속적으로 모니터링하는 의료용 패치에도 적용할 수 있기 때문이다. 운동선수들의 근육 움직임과 피로도를 분석하는 스포츠 센서로도 유용하게 쓰일 수 있다.
이한얼 교수는 “플래시광을 이용한 저차원 소재 합성 기술을 더욱 발전시켜 웨어러블 전자소자의 활용 범위를 넓혀갈 계획”이라며 연구의 확장 가능성을 언급했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재기술개발사업(소재글로벌영커넥트사업), 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
