접촉성 피부염·가려움증 없고 피부접촉 면적 넓혀 신호 정확도 ↑
피부에 장기간 부착시에도 접촉성 피부염·가려움증 등을 일으키지 않고, 피부부착 면적을 획기적으로 넓혀 정확한 맥파 신호를 확보할 수 있는 신개념 맥파 센서가 개발됐다.
조영호 KAIST 바이오및뇌공학과 교수팀(석민호 박사과정)은 17일 피부에서 발생하는 땀을 실시간으로 투과시켜 피부 접촉 면적을 획기적으로 개선한 다공성 헤어셀 구조의 맥파 센서를 개발했다고 밝혔다.
맥파는 심장이 박동할 때 발생하는 파동으로 인체의 건강상태를 가늠할 수 있으며, 헤어셀 구조란 피부의 섬모와 같이 다공성 표면 위에 여러 개의 섬모가 형성돼 있는 구조를 말한다.
이번에 개발된 다공성 헤어셀 구조의 맥파센서 기술은 맥파 외에도 피부 온도, 피부 전도도 등 다른 생체신호 센서 결합을 통해 사람의 신체 및 정신 건강 상태를 상시로 장기간 판별하는 연구에 적용하게 된다.
기존 폴리머 기반 맥파 센서의 땀 투과도는 피부의 하루 평균 땀 발생량(432g/㎡) 보다 낮아 장기간 부착 시 접촉성 피부염·가려움 등의 피부 문제를 일으키고, 피부에 안정적으로 접촉할 수 있는 면적이 작아 정확한 맥파 신호를 얻을 수 없었다(신호대잡음비 = 2.67).
조영호 교수팀은 이 문제 해결을 위해, 폴리디메틸실록산(PDMS) 고분자 내에 구연산을 결정화 후 에탄올로 녹여 작고 균일한 공극을 형성함으로써 맥파 센서의 땀 투과도를 높였다. 또 다공성 고분자 표면에 헤어셀 구조를 형성해 피부와의 접촉면적을 획기적으로 넓혀 맥파 센서 측정 정확도를 개선한 다공성 헤어셀 구조의 맥파 센서를 제작했다.
새로 개발한 맥파 센서의 땀 투과도(486g/㎡)는 피부의 하루 평균 땀 발생량보다 높았으며, 기존 기술 대비 72% 증가했다. 또 7일 연속 부착실험을 통해 피부에 장기간 부착 시에도 트러블이 발생하지 않는다는 사실도 입증했다. 신호대잡음비는 22.89로 나타나, 기존 기술 대비 측정 정확도는 약 9배 높았다.
조영호 교수는 "이번 연구를 통해 피부 트러블 없이 건강 상태를 상시 모니터링할 수 있는 웨어러블 센서를 개발했으며, 인공피부로서 상시 사용성도 확립했다"고 강조했다.
석민호 박사과정이 주도한 이번 연구 논문은 국제학술지 <나노스케일 어드벤시스(Nanoscale Advances)> 7월 27일자 온라인판에 게재됐다. 논문명은 'A Porous PDMS Pulsewave Sensor with Haircell Structures for Water Vapor Transmission Rate and Signal-to-Noise Ratio Enhancement'.
이번 연구는 알키미스트 프로젝트 사업의 지원을 통해 수행됐다.