피부에 유연하게 붙어 있으면서 7일 동안 생체신호를 실시간으로 모니터링할 수 있는 시스템이 개발됐다. 한국연구재단(이사장 노정혜)은 김선국 교수(성균관대) 연구팀과 이성호·이민구 연구원(한국전자부품연구원)이 피부에 부착하는 신축성 있는 패치 형태의 센서로 최장 7일 동안 생체신호를 실시간으로 모니터링하는 시스템을 구축했다고 11일 발표했다.

연구팀은 착용자 움직임에도 불구하고 안정적으로 피부 표면의 온도나 습도, 착용자의 동작(보행, 넘어짐 등)을 포착할 수 있는 새로운 디자인의 고감도 생체신호 모니터링 센서를 개발했다. 뱀처럼 구불구불한 형상의 서펜타인 구조를 통해 x축과 y축 방향으로 유연성을 확보했다.

키리가미 구조를 통해 z축에 대해서도 신축성을 확보했다. 패치가 가진 응력의 최대 200%까지 압력을 가해도 기계, 전기적으로 안정성을 유지한다. 키리가미(Kirigami)는 ‘자르다’를 의미하는 일본어 ‘kiri’와 종이를 뜻하는 ‘gami’가 합쳐져 특정 패턴이나 모양으로 자른 뒤 접었을 때 입체 형상을 나타내는 것을 말한다.

신체변화를 모니터링, 질병의 초기신호를 감지할 수 있는 웨어러블 헬스케어 디바이스에 관한 연구가 활발한데 오랫동안 사용하기 불편하거나 피부에 잘 밀착되지 않아 정확한 정보를 감시하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 착용성을 고려해 피부에 밀착돼 움직임(압착, 밀고 늘어남)에 제약을 주지 않도록 피부 친화적이면서 방수성을 갖는 다공성 실리콘 점착제로 된 패치에 해당 센서를 구현해 냈다. 생체 친화적이며 피부에 적합한 점착성을 가진 실리콘을 활용했다. 식약처 기준에 따르는 생물학적 안전성(biocompatibility ; 세포독성, 감작성, 급성독성, 피부자극, 발열성)이 확보된 패치를 사용했다.

스마트폰 애플리케이션을 통해 실시간으로 신호 변화를 확인할 수 있도록 무선통신 모듈도 함께 구현했다. 지속적인 관찰이 필요한 신생아, 노약자, 운동선수 등의 생체신호를 감시해서 응급상황에 대처할 수 있도록 하는 데 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 병원과 임상연구를 통해 인허가를 위한 후속연구를 진행할 계획이라고 말했다. 김선국 교수는 “현재 개발된 유연 패치 기반의 스마트 센서 시스템을 통해 앞으로 헬스케어뿐 아니라 웨어러블 전자와 의학 분야, 사물인터넷(IoT) 애플리케이션으로도 다양하게 연구 분야를 넓혀 나갈 것”이라고 전했다.

연구성과는 'IEEE Transaction on Industrial Electronics’에 11월 6일 자(논문명:All-day Mobile Healthcare Monitoring system Based on Heterogeneous Stretchable Sensors for Medical Emergency)에 실렸다.