끈적이고 가려운 젤 끝!… UNIST, 화학 접착제 없는 고성능 심전도 패치 개발

정훈의 교수팀, 액체금속과 미세 구조 설계 활용해 유연 부착 패치 개발

격렬한 운동해도 기존 대비 2배 선명 심전도 신호 기록, Adv. Sci. 게재

심혈관 질환자들에게 심전도 패치는 생명줄인 동시에 지독한 '가려움'의 근원이었다.

심전도 검사 패치를 붙이면 차가운 느낌이 훅 들어온다. 신호를 또렷하게 잡기 위해 발라 놓은 젤 때문이다.

패치 가장자리에 둘러진 화학 접착제는 피부 발진이나 자국을 남기기도 한다. 이러한 젤과 접착제 없이도 피부에 착 붙어 심전도 신호를 측정할 수 있는 패치가 나왔다.

UNIST 기계공학과 정훈의 교수팀은 액체금속과 고무 실리콘의 미세 구조를 활용해 젤과 접착제가 필요 없는 고성능 심전도 패치를 개발했다고 9일 전했다.

연구진,(좌측부터) 정훈의 교수, 이상우 연구원, 송현석 연구원, 김진서 연구원. UNIST 제공

개발된 패치는 20마이크로미터(㎛, 1㎛는 100만분의 1m) 폭의 액체금속 관이 달팽이 집처럼 돌돌 말린 형태다. 피부에 직접 닿는 관 아랫부분이 뚫린 구조라 심장 박동 신호가 액체금속 전극에 바로 전달될 수 있다. 덕분에 젤이 없이도 심박 신호를 잘 포착한다.

피부와 닿은 면이 뚫려 있어 압력을 받으면 액체금속이 밑으로 새어 나올 수 있는데, 연구팀은 관 하단에 안쪽으로 말려 들어간 수평 돌기 구조를 만들어 이를 해결했다. 또 관이 워낙 얇아 금속이라도 차가운 느낌이 들지 않는다.

패치 전체에 있는 지름 28㎛, 높이 20㎛ 크기의 미세한 돌기는 접착제 역할을 한다. 피부에 부착되는 돌기 부분은 갓의 가장자리처럼 튀어나와 있어, 접착력이 일반적인 미세 돌기보다 더 뛰어나다. 갓 돌기 구조가 피부 미세 굴곡에 맞춰 빈틈없이 부착되면서 접촉 면적이 늘어나 물리적 접착력이 강해지는 원리다.

개발된 패치는 전극 저항이 상용 패치보다 5배 이상 낮았다. 작은 신호도 잡아내고, 격하게 움직여도 정확하게 심박 신호를 검출해 낼 수 있다는 의미다.

또 100g 중량을 매달아도 거뜬히 견딜 수 있을 정도의 접착력이라 패치가 제대로 부착되지 않아 발생하는 잡음도 낮출 수 있다. 실제 걷거나 뛰는 격렬한 활동 중에도 상용 심전도 패치보다 약 2배 높은 신호 정확도를 유지했다.

연구팀이 개발한 심전도 패치의 미세 구조.

이 패치는 병원에서 쓰는 일회용 패치와 달리 500회 이상 재사용할 수 있고 내구성도 뛰어나다. 일회성 접착제가 아니라 미세 구조 때문에 발생하는 접착력이고, 젤이 말라버리면 신호 정확도가 떨어지는 상용 패치와 달리 젤 없이도 오랫동안 정확한 심전도 측정이 가능하기 때문이다.

정훈의 교수는 "액체금속의 누설 문제와 피부 접착 문제를 정교한 구조 설계만으로 동시에 해결한 것"이라며 "피부가 민감한 환자를 대상으로 하는 장기 건강 모니터링 기술, 고정밀 인간 기계 상호작용 인터페이스 등 차세대 웨어러블 시스템의 원천 기술로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

연구팀은 이 기술을 앤빅스랩에 이전해 상용화를 추진하고 있다. 기술의 사업성을 인정받아 중소벤처기업부가 지원하는 팁스(TIPS) 과제에 선정됐으며, 초기 투자 유치에도 성공하며 속도를 내고 있다.

앤빅스랩은 정 교수와 전기전자공학과 김재준 교수가 공동 창업한 기업이다. 독보적인 패치 기술에 온칩 AI(On-chip AI)를 결합한 솔루션으로 차세대 웨어러블 헬스케어 시장을 선점하겠다는 계획이다

이번 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 표지 논문(Inside Front Cover)으로 선정돼 1월 5일 출판됐다.

논문 표지, 차가운 젤과 화학접착제 없이도 피부에 밀착 돼 심전도 신호를 정확하게 잡아낼 수 있는 패치.

연구 수행은 과학기술정보통신부, 산업통상자원부와 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.

영남취재본부 김수로 기자 relationship6007@asiae.co.kr