KAIST 전석우 교수팀, 생체모방 전도성 건식 접착패드 개발
국내 연구진이 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 등탄소 나노소재를 이용해 게코도마뱀 발바닥을 모방한 전도성 접착패드를 제작, 별도의 금속 전극 없이 심전도 등 생체정보를 측정할 수 있는 기술을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 전석우 교수와 김태훈(석사) 씨 연구팀은29일 한국전자통신연구원(ETRI) 웨어러블컴퓨팅연구실 연구팀과 함께 피부에 부작용을 일으키지 않고 반복적 탈부착이 가능하면서 별도 금속전극 없이 심전도 등을 측정할 수 있는 접착패드를 개발했다고 밝혔다.
게코도마뱀은 발바닥이 끈적거리지 않지만 발바닥에 있는 수백만 개의 미세한나노섬모와 벽이나 천장 사이에 작용하는 반데르발스(Van der Waals) 인력으로 인한접착력으로 벽과 천장을 자유롭게 이동할 수 있다.
게코도마뱀 발바닥의 이런 접착메커니즘은 많은 과학자의 연구 대상이 돼 왔으며 최근에는 이를 모방한 미세 섬모구조가 접착제 필요 없는 접착패드나 벽을 기어오르는 로봇 등 다양한 제품에 적용되고 있다.
연구진은 탄소 나노튜브와 그래핀 등의 탄소 나노소재와 생체친화형 고분자(PDMS)를 혼합해 전도성 탄성 중합소재를 만들고 이를 이용해 게코도마뱀의 발바닥 구조를 모사해 접착제가 필요 없는 전도성 건식 접착패드를 개발했다.
연구진은 버섯 모양의 수마이크로미터(㎛=100만분의 1ｍ) 크기 섬모가 규칙적으로 배열된 실리콘 틀을 만든 다음 여기에 전도성 탄성 중합소재를 부어 굳히는 방법으로 게코도마뱀 발바닥에 있는 나노섬모 구조를 구현했다.
이렇게 만든 전도성 접착패드는 사람 피부에 붙였을 때 접착력이 시중에서 판매되는 의료용 밴드의 절반 정도인 1.3N/㎠를 보였으며 30번 이상 떼어다가 붙여도 접착력이 떨어지지 않고 물속에서도 접착력이 그대로 유지되는 것으로 나타났다.
또 이 접착패드는 40% 정도 잡아 늘여도 저항 등 전기적 특성이 변하지 않았으며, 접착패드와 심전도 측정 모듈을 연결해 실험한 결과 접착패드를 붙이고 운동을하거나 물속에 들어가도 생체신호가 안정적으로 측정되는 것으로 확인됐다.
연구진은 이 기술은 차세대 웨어러블 건강관리 소자(wearable healthcare device)의 새로운 형태를 제시하는 동시에 기존의 기능성 탄성 중합소재와 생체모사 기술의 융합으로 새로운 가치 창출 가능성을 보여주는 것이라고 설명했다.
전 교수는 "향후 연구 방향은 접착력 증가와 전도성 향상을 위한 나노구조와 소재 연구 개발이 관건"이라며 "한번 제작된 틀로부터 다양한 전도성능의 전도성 건식접착패드를 양산한다면 가격 경쟁력도 충분할 것으로 생각한다"고 말했다.
미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센터의 정보통신·방송 연구개발사업 등 지원으로 수행된 연구 결과는 미국화학회(ACS)의 나노과학 학술지 'ACS 나노'(ACS Nano, 3월 17일자) 온라인판에 게재됐다.
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