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웨어러블 스마트 의료 및 헬스케어 응용을 위한 미세유체 채널 일체형 하이브리드 피부 패치센서 구조 및 개념도. |
[대학저널 온종림 기자] 광운대학교 전자공학과 박재영 교수 연구팀이 웨어러블 스마트 의료 및 헬스케어 시스템 적용을 위한 땀 포집 미세유체 채널 일체형 전기화학-물리 하이브리드 피부 패치센서’ 개발에 성공했다. 연구팀은 잦은 채혈로 인한 통증과 인체에 여러 개의 센서를 부착해야 하는 불편함을 극복하기 위해 체온, 생체 화학신호(혈당, pH), 생리학적 신호(심전도)를 동시에 측정 및 실시간 모니터링 할 수 있는 다중모드 피부패치를 개발했다.
서구화된 식생활과 고령화로 인한 대사증후군 및 만성질환 관리에 대한 관심과 중요성이 지속적으로 증가함에 따라 생체신호 실시간 모니터링 기술을 이용한 웨어러블 스마트 의료 및 헬스케어 시스템의 필요성이 크게 증대되고 있다.
사용자의 화학적 생체신호(혈당, 젖산 pH 등) 와 생리학적 신호(심전도, 근전도, 뇌파 등)를 비침습적으로 실시간 모니터링할 수 있는 센서 기술 연구가 국내외적으로 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 지금까지 보고된 대부분의 패치센서 관련 연구들은 화학적 생체신호 또는 생리학적 신호만을 측정하는 기술로 복합 및 다중 생체신호를 필요로 하는 차세대 스마트 건강관리 및 질병 진단 시스템에 적용하기에는 한계가 있다.
연구팀은 땀당과 심전도(ECG)를 실시간으로 모니터링할 수 있는 새로운 웨어러블 패치를 개발했다. 유연 패치는 미세유체 채널과 여러 바이오센서가 통합되어 집적화 되었기 때문에 땀당과 심전도를 실시간으로 측정 및 모니터링할 수 있다.
패치는 땀 pH와 온도의 변동에 따라 포도당 반응을 내부적으로 보정할 수 있다. 동시에, 레이저 연소 계층형 MXene-폴리비닐리덴 플루오라이드 기반 전도성 탄소 나노섬유 기반 건식 심전도 센서는 낮은 피부 접촉 임피던스(40.5kΩ cm2)와 고품질 전기생리학적 신호(신호 대 잡음비 = 23.4~32.8dB)를 나타낸다.
또한 센서 신호처리 및 BLE 무선통신 소형 인쇄 회로 기판과 연결되어서 혈당 및 ECG 신호를 스마트폰 앱이나 기타 장치를 통하여 실시간으로 수신할 수 있다.
연구진은 각각 세 번씩 땀을 흘린 5명의 피험자의 땀으로부터 혈당과 심전도 수치를 성공적으로 측정했다. 또한 운동 중 피험자의 혈당과 심전도 수준을 정확하게 모니터링했다.
연구에서 개발한 패치센서는 웨어러블 의료 및 헬스케어 플랫폼 기술 기반으로 수집된 다양한 복합 생체정보를 통한 u헬스케어 DB 구축과 빅데이터 분석을 통하여 만성질환 및 대사증후군 스마트 관리에 크게 활용될 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 ACS에서 발행하는 화학 센서 및 분석 분야에 저명한 국제 학술지인 ACS Sensors (IF : 9.618, JCR: 4.1%)에 게재됐다.
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