땀 투과 문제 해결 피부부착형 '맥파센서' 개발

피부에 장기간 부착시에도 접촉성 피부염가려움증 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 피부염가려움 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 정확도는약 9배 높았다.

조영호 교수는 이번 연구를 통해 피부 트러블 없이 건강 상태를 상시 모니터링할 수 있는 웨어러블 센서를 개발했으며, 인공피부로서 상시 사용성도 확립했다고 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.