[교육이 미래다] 체온·혈당·PH·심전도 동시 측정 가능한 ‘다중모드 피부패치’ 개발

광운대학교

미세유체 채널 일체형 다중모드 피부패치를 개발한 박재영 교수(왼쪽)와 아부 박사. [사진 광운대]

광운대학교 박재영 교수 연구팀(전자공학과)은 웨어러블 스마트 의료 및 헬스케어 시스템 적용을 위한 땀 포집 ‘미세유체 채널 일체형 전기화학-물리 하이브리드 피부 패치센서’ 개발에 성공했다. 연구팀은 잦은 채혈로 인한 통증과 인체에 여러 개의 센서를 부착해야 하는 불편함을 극복하기 위해 체온, 생체 화학신호(혈당, pH), 생리학적 신호(심전도)를 동시에 측정 및 실시간 모니터링할 수 있는 다중모드 피부패치를 개발했다.

연구팀은 땀당과 심전도(ECG)를 실시간으로 모니터링할 수 있는 새로운 웨어러블 패치를 개발했다. 유연 패치는 미세유체 채널과 여러 바이오센서가 통합돼 집적화됐기 때문에 땀당과 심전도를 실시간으로 측정 및 모니터링할 수 있다. 환원된 그래핀 옥사이드 기반 포도당 바이오센서는 생리학적 수준(10 μM-0.4 mM) 내에서 19.97(유체 채널이 없는 경우 44.56) μAmM-1cm-2의 우수한 감도를 나타내며 장기 및 굽힘 안정성이 우수하다.

패치는 땀 pH와 온도의 변동에 따라 포도당 반응을 보정할 수 있다. 동시에 레이저 연소 계층형 MXene-폴리비닐리덴 플루오라이드 기반 전도성 탄소 나노섬유 기반 건식 심전도 센서는 낮은 피부 접촉 임피던스(40.5kΩ cm2)와 고품질 전기생리학적 신호(신호 대 잡음비 = 23.4~32.8dB)를 나타낸다. 또 센서 신호처리 및 BLE 무선통신 소형 인쇄 회로 기판과 연결돼 혈당 및 ECG 신호를 스마트폰 앱 등을 통해 실시간으로 수신할 수 있다.

이 연구에서 개발한 패치센서는 웨어러블 의료 및 헬스케어 플랫폼 기술 기반으로 수집된 복합 생체정보를 통한 u헬스케어 DB 구축과 빅데이터 분석을 통해 만성질환 및 대사증후군 스마트 관리에 활용될 것으로 기대된다. 또 이 패치는 운동선수와 격렬한 신체활동에 참여하는 다른 사람들의 건강을 모니터링하는 데에도 사용 가능하다.

이 연구는 정부(과학기술정보통신부) 재원으로 한국연구재단 바이오의료기술사업 지원(2017M3A9F1031270)과 산업통상자원부의 산업기술혁신사업(RS-2022-00154983, 전력 센서와 구동을 위한 자립형전원 센서 플랫폼 개발)의 지원사업으로 수행됐고, 연구 결과는  ACS에서 발행하는 화학 센서 및 분석 분야에 저명한 국제 학술지인 ACS Sensors (IF : 9.618, JCR: 4.1%)에 게재됐다.

김승수 중앙일보M&P 기자 kim.seungsoo@joongang.co.kr