스마트폰에 무선으로 연결한 땀 측정 센서를 이용하여 운동 중 실시간 건강상태 측정이 가능한 자가치유 웨어러블 센서.[한국화학연구원 제공]

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[헤럴드경제=구본혁 기자] 기존 웨어러블 센서의 한계인 손상으로 인한 성능 저하 문제를 일거에 해결할 수 있는 자가치유 소재가 개발됐다. 기존 센서는 걷기나 달리기, 뛰기 등의 동작으로 인해 긁히거나 파손되면 성능이 떨어졌다.

한국화학연구원 황성연·박제영 박사팀과 강원대 최봉길 교수팀은 초고속 자가치유 소재를 개발하고, 이를 이용해 땀 성분을 측정할 수 있는 센서를 제작했다.

먼저 화학연구원 연구진은 감귤류와 목질류에서 추출하는 구연산과 숙신산 등의 친환경 화합물을 합쳐 새로운 초분자 중합체를 만들었다.

초분자 중합체는 수소결합 등의 상호작용으로 자가치유 특성을 가지는 고분자다.

수소결합이 자가치유의 핵심으로, 새로운 초분자 중합체는 말단의 카르복실산(COOH)과 알콜기(OH)가 서로 수소결합을 한다. 이로 인해 분자 간 인력이 강해져 기계적 강도가 세고, 붙었다 떨어지는 가역적 성질로 인해 잘라도 금세 다시 붙는 것이다.

수소결합으로 인해 기계적 강도가 셀 뿐 아니라 자가치유 속도가 놀라울 정도로 빨라졌고 3㎜ 두께의 절단된 소재가 상온에서 1분 후에 아령 1㎏을 들 수 있을 정도의 강도로 돌아온다는 것이 연구팀의 설명이다.

강원대 연구진은 땀에서 얻은 데이터를 측정하는 가느다란 실 형태의 센서와 실시간으로 스마트폰에 데이터를 전송해 보여주는 장치를 제작했다. 초고속 자가치유 소재는 실 형태의 땀 측정 센서를 감싸는 피복재로 쓰였다.

피실험자가 실 형태의 센서를 바느질한 헤어밴드를 착용한 채 고정식 자전거를 탔는데, 50분 동안 땀의 전해질 농도를 정확하게 추적했고, 운동 중 가위로 센서를 잘랐더니 20초 만에 다시 정상 작동했다.

이번에 개발된 웨어러블 센서는 땀에 포함된 칼륨, 나트륨 이온, 수소 이온 등의 데이터를 통해 심근경색, 근육경련, 저나트륨혈증 등의 건강상태를 알 수 있다.

황성연 박사는 “자가치유 초분자 중합체를 기반으로 한 땀 측정 센서의 설계 및 제작은 광범위한 비침습적 진단 및 의료 모니터링 응용 분야에서 스마트 웨어러블 기술에 대한 새로운 기회를 열어줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘바이오 센서 및 바이오 일렉트로닉스’와 ‘미국화학회 응용 재료 및 계면’에 각각 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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