마이크로 섬유 형태의 웨어러블 땀센서 개발

한 가닥의 섬유처럼 생긴 웨어러블 땀센서가 개발되어, 탈수 여부를 실시간 측정할 수 있게 되었다.

광주과학기술원 윤명한 교수, 경기대 주상현 교수 공동연구팀은 전기가 흐르는 단일 가닥의 고분자 섬유를 기반으로 웨어러블 땀센서를 개발했다고 한국연구재단이 26일 밝혔더.

땀의 이온 농도를 실시간 측정하는 웨어러블 땀센서는 여름철 폭염일수와 온열 질환이 급증하면서 더욱 주목받고 있다. 특히 노인과 어린이, 야외 노동자와 같은 폭염 취약계층은 탈수에 대한 민감도가 낮으므로 기기를 이용한 실시간 점검과 주의가 필요하다.

기존 센서에 포함된 반도체 소자는 얇은 막 형태로써, 늘어나는 등의 유연성이 부족했다. 또한 박막의 규격에 따라 성능이 변화해 정확성이 낮은 점이 상용화의 걸림돌이 되었다.

연구팀은 2차원 박막 형태에서 벗어나 1차원 섬유 가닥 형태의 트랜지스터를 개발했고, 이를 기반으로 사용 편리성이 극대화된 땀센서를 제작했다.

직물에 센서 한 가닥을 삽입하는 간단한 제작 방식으로 생산성도 향상되었다. 사용된 고분자 물질의 특성으로 인해 장기간 물속에서도 안정적으로 구동되며, 높은 생체 적합성을 가진다.

특히 개발된 센서는 95% 이상의 높은 재현성과 정확성을 보였다. 반도체의 규격에 상관없이 이온 농도를 정확히 측정하는 기법을 적용한 덕분이다. 이 방법에서는 이온 농도 변화와 측정전류의 '변화비'가 비례하는 점을 이용했다.

측정전류의 변화비는 측정하고자 하는 용액에서의 측정된 전류값과 기준농도에서의 전류값 사이의 변화비율로, 이를 통해 반도체 규격에 영향을 받는 요소들을 모두 상쇄시킬 수 있다.

윤명한 교수는, “수계 전도성고분자의 응용성을 기존 2차원 박막 소자에서 단일 섬유 형태의 소자까지 확장시키는 새로운 패러다임을 제시했다”라며, “가까운 미래에 신개념 섬유 기반 이식형 생체 전자소자의 출현을 앞당길 것으로 기대한다”라고 연구 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구), 민군기술협력사업, 나노소재기술개발사업의 지원으로 수행되었다.

네이처 자매지인 국제학술지 NPG 아시아 머티리얼즈 (NPG Asia Materials) 11월 26일자에 게재되었고, 특집 논문(featured article)으로 선정되었다.

[e-mail] 조석장 기자