▲웨어러블 CPC 스트레인 센서: 인체 건강 모니터링, 스마트 상처 드레싱, 신체 움직임 감지의 새로운 가능성

서울대병원과 서울대학교 공동 연구팀은 인간의 피부에 부착할 수 있는 신축성 있는 '스트레인 센서'를 개발했다. 이 센서는 전도성 고분자 복합재(CPC)를 사용해 제작되었으며, 높은 감도와 우수한 성능을 갖추고 있다. 특히, 맞춤형 건강관리 및 진단·모니터링 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

▲ (왼쪽부터)서울대병원 신경외과 백선하 교수, 서울대 응용바이오공학과 박원철·장왕 교수

백선하 교수(서울대병원 신경외과), 박원철·장왕 교수(서울대 응용바이오공학과) 공동 연구팀은 CPC 스트레인 센서의 제조 방법, 작동 메커니즘 및 스트레인 감지 기능에 대한 연구를 수행했다. 개발된 CPC 스트레인 센서는 전도성 필러와 유연한 고분자를 혼합하여 제조되었으며, 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 뛰어났다.

▲CPC 스트레인 센서 제조공정, 작동 메커니즘 및 스트레인 감지 기능에 대한 개략도1

연구팀은 센서의 구조적 설계에서부터 제조 방법에 이르기까지 다양한 기술을 적용했다. 스트레인 감지 메커니즘에서는 구조 공학, 단절, 균열 전파 및 터널링 효과를 활용하여 높은 감도의 변형률 감지를 가능하게 했다. 제조 과정에서는 '혼합 도핑'과 '표면 개질' 두 가지 기술이 활용되었다. 혼합 도핑은 전도성 나노필러를 용융 폴리머에 직접 섞어 전도성 네트워크의 효과적인 제어를 가능하게 했으며, 표면 개질은 전도성 필러를 폴리머 기판 표면에 선택적으로 개질하여 센서의 감도와 내구성을 향상시켰다.

▲CPC 스트레인 센서 제조공정, 작동 메커니즘 및 스트레인 감지 기능에 대한 개략도2

박원철 교수는 "이번 연구를 통해 고성능 CPC 스트레인 센서를 개발한다면 첨단 건강 모니터링 시스템을 통해 일상생활 속에서 쉽게 건강을 관리하고, 삶의 질을 향상할 수 있을 것"이라고 말했다. 백선하 교수는 "향후 이 센서가 건강 모니터링뿐 아니라 파킨슨병, 뇌졸중, 치매 등 다양한 뇌 질환의 진단과 모니터링에도 유용하게 활용될 수 있기를 희망한다"고 밝혔다.

이 리뷰 논문은 국제 학술지 '나노 재료 과학(Nano Materials Science, IF; 9.9)' 온라인에 게재됐다.