피부의 마이크로미터 크기 굴곡에도 잘 달라붙는 패치 개발
전자통신연구원 "웨어러블 패치 적용…신호 및 물질 전달효율 증대 기대"
(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 한국과 미국 공동연구진이 기계적 안정성이 우수하면서도 접촉성이 좋아 마이크로미터(㎛=100만분의 1ｍ) 수준의 굴곡에도 빈틈없이 달라붙는 차세대 바이오 패치를 개발했다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 14일 ICT소재연구그룹 문승언 박사와 김준수 연구원, 미국 펜실베이니아대 조혜성 박사 등 공동연구팀이 피부처럼 복잡하고 울퉁불퉁한 표면에 잘 달라붙는 바이오패치 구조체를 개발했다고 밝혔다.
연구진은 접촉성능이 좋은 이 바이오패치를 생체진단용 웨어러블 기가나 약물 전달 패치 등에 적용하면 신호 및 물질 전달효율을 높여 생체진단 신뢰도나 약물 전달효율을 크게 향상할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
사람 피부 표면에 잘 달라붙는 구조체는 웨어러블 기기 개발에 꼭 필요하지만 이를 구현하기는 쉽지 않다. 패치를 생체표면에 잘 달라붙도록 얇게 만들면 쉽게 찢어지는 등 기계적 안정성이 급격히 떨어지기 때문이다.
연구진은 이 문제를 해결하기 위해 액체가 고체 표면에 젖어 들어가는 '젖음현상'(wetting)이 고체와 고체 사이에서도 가능할 것이라는 가설을 세우고 이를 구현하기 위한 구조체를 연구했다.
이들은 고분자 물질인 폴리우레탄아크릴레이트(PUA)를 이용해 고체 표면에서 젖음현상을 일으킬 만큼 얇고 작은 원형구조와 기계적 안정성이 우수한 두껍고 큰 원형구조가 함께 있는 구조체를 제작했다.
이 구조체에는 두께가 다르고 지름이 500㎛, 20㎛, 800나노미터(㎚=10억분의 1ｍ)인 세가지 원형구조가 섞여 있어 두껍고 큰 원형구조는 기계적 안정성을 높여주고 얇고 작은 원형구조는 젖음현상을 일으켜 고체 표면에 잘 달라붙도록 한다.
이 패치를 1cm x 1cm, 두께 26㎛ 크기로 제작해 손가락 표면과 나뭇잎, 돼지 피부, 사람 머리카락, 세포 수준의 굴곡이 있는 표면 위에 부착하는 실험을 한 결과 패치가 모든 표면에 물에 젖듯이 잘 달라붙는 것으로 확인됐다.
연구진은 앞으로 설계변수를 다양화해 젖음성과 접착력을 높이고 대면적 공정으로 생산단가를 줄이는 연구를 계획 중이며, 사람 피부를 통해 생체정보를 측정하는 패치 개발도 추진, 5∼10년 안에 상용화할 수 있을 것으로 전망하고 있다.
김준수 연구원은 "이 성과는 특정 재료나 환경에 한정된 게 아니라 젖음현상을 일으키는 구조의 설계 원리를 규명, 재료가 바뀌어도 같은 성능을 낼 수 있다"며 "앞으로 웨어러블 기기 표면 설계에 접목하면 생체와 기기 간 신호, 정보, 물질 전달효율을 획기적으로 높인 튼튼한 시스템 구성이 가능할 것"이라고 말했다.
국가과학기술연구회(NST) 융합연구사업과 ETRI-KIST(한국과학기술연구원) 협력연구사업 지원으로 수행된 이 연구에는 KIST와 미국 시카고대도 참여했으며, 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'(Advanced Materials)에 게재됐다.
scitech@yna.co.kr
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