[이뉴스코리아 전세훈 기자] 국내 연구팀이 웨어러블 기술을 통한 건강상태 측정 센서를 개발했다.
한국화학연구원(이하 한화연) 황성연·박제영 박사팀과 강원대 최봉길 교수팀은 건강측정 센서의 사용 및 시간의 흐름으로 인한 웨어러블 센서의 손상 문제를 자가치유 소재를 통해 원 상태 회복이 가능하도록 하는 연구를 분석화학 최고 권위지 ‘바이오센서 및 바이오일렉트로닉스’와 ‘미국화학회 응용 재료 및 계면’에 발표했다.
이를 통해 걷기나 달리기, 뛰기 등의 동작으로 인한 긁힘, 파손으로 인해 발생한 성능 저하를 해결하며 자가치유와 건강측정이라는 두 마리 토끼를 잡은 셈이 됐다.
이번에 개발된 웨어러블 센서는 땀에 포함된 칼륨, 나트륨 이온, 수소 이온 등의 데이터를 통해 심근경색, 근육경련, 저나트륨혈증 등의 건강상태를 알 수 있다.
추후 해당 연구는 의료, 의류를 비롯한 웨어러블 센서 적용 범위 내 분야에서 다양하게 접몰 될 수 있을 것으로 보인다.
국내 연구팀의 본 성과는 기존 전 세계 최고 속도를 보유한 중국 쓰촨대의 기록을 앞지른 것으로, 불과 30초 내 소재의 상태 회복이 가능한 것으로 알려졌다. 30초에 8MJ/㎥(메가줄/세제곱미터)를 회복해, 2분에 6MJ/㎥를 회복하는 쓰촨대보다 4배 이상 빠른 수준이다.
초고속 자가치유 소재 개발에는 한화연 연구진이, 이를 이용한 땀 성분 측정 센서 개발에는 강원대 연구진이 힘을 모았다.
특히 한화연 연구진은 감귤류와 목질류 등 친환경 화합물을 통해 만든 새로운 초분자 중합체의 성과가 자가치유의 큰 핵심이 되었다고 설명한다.
초분자 중합체는 전기 음성도가 강한 질소와 수소, 산소와 수소, 불소와 수소를 갖는 분자가 이웃한 분자를 끌어당기는 힘의 작용으로 자가치유 특성을 가지는 고분자다. ‘수소결합’이라 불리는 이 작용은 자가치유의 핵심으로, 분자 간 인력을 상승시켜 잘라도 금세 다시 붙는 것이다.
한국화학연구원 김선미 연구원은 “수소결합으로 인해 기계적 강도가 셀 뿐 아니라 자가치유 속도가 놀라울 정도로 빨라졌다”면서 “3㎜ 두께의 절단된 소재가 상온에서 1분 후에 아령 1㎏을 들 수 있을 정도의 강도로 돌아온다”고 설명했다.
한편, 강원대 연구진은 땀에서 얻은 데이터를 측정하는 가느다란 실 형태의 센서와 실시간으로 스마트폰에 데이터를 전송해 보여주는 장치를 제작했다. 초고속 자가치유 소재는 실 형태의 땀 측정 센서를 감싸는 피복재로 쓰였다.
강원대 연구진 실험에 따르면 피실험자가 실 형태의 센서를 바느질한 헤어밴드를 착용한 채 고정식 자전거를 탄 뒤 50분 동안 흘린 땀의 전해질 농도를 정확하게 추적하고 운동 중 가위로 센서를 잘랐더니 20초 만에 다시 정상 작동했다.
강원대 최봉길 교수는 “자가치유 땀 측정 센서는 실 형태로 바느질하듯이 꿰매는 방식”이라면서 “여러 종류의 의류제품에 적용할 수 있어 다양한 제품으로 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구를 주도한 한국화학연구원 황성연 박사는 “자가치유 초분자 중합체를 기반으로 한 땀 측정 센서의 설계 및 제작은 광범위한 비침습적 진단 및 의료 모니터링 응용 분야에서 스마트 웨어러블 기술에 대한 새로운 기회를 열어줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 한국화학연구원의 수월성 연구그룹 육성 사업 및 연구재단의 신진연구 지원을 받아 수행됐다.