▲ 그래핀 모션 센서를 환자의 손가락에 부착하여 손가락의 구부림을 모니터링하는 스마트 웨어러블 시스템.

국내연구진이 그래핀 유연기판을 활용해서 신체부착형 웨어러블 전극과 센서를 개발했다.

건국대학교는 KU융합과학기술원 미래에너지공학과 전용석 교수(교신 저자)와 윤용주 교수(제 1저자)가 피부와 같이 유연성이 우수한 다공성 그래핀 유연 전자 소재를 제작하고 이를 인체에 부착해 심전도, 근전도, 뇌자도 신호 측정을 할 수 있는 바이오 전극과 손가락이나 무릎의 미세한 움직임을 측정할 수 있는 고감도 센서를 개발했다고 지난 17일 밝혔다.

연구팀은 기존의 유연 기판보다 신축성이 두 배 이상 뛰어난 다공성 고분자 기판을 제작하고, 그 표면에 환원 그래핀 산화물을 코팅해 유연 전자 소재를 개발했다.

제작된 다공성 그래핀 소재는 약 60%의 늘림에도 2배 이하의 저항 변화와 5천회의 반복적인 늘림에도 안정적인 전기전도도와 내구성을 유지했다. 또 건국대학교 의학전문대학원 줄기세포 실험실 정형민 교수 연구팀에서 수행한 표피 세포와 동물 실험을 통해 다공성 그래핀 소자가 인체에 무해함을 확인했다.

연구팀은 개발된 고감도 센서를 이용해 중환자의 미세한 손가락 움직임을 탐지하여 실시간으로 담당 의사 혹은 간호사의 휴대폰과 테블릿에 신호를 무선 전송해 신속하게 대처할 수 있는 스마트 웨어러블 시스템 구현에도 성공했다.

전용석 교수는 “최근 피부와 같은 유연성을 가진 전자 소재 및 소자 개발은 웨어러블 공학과 재료 공학 분야에서 가장 큰 이슈 중에 하나”라며 “이를 이용해 전자 피부의 개발 뿐 아니라 더 나아가서는 소프트 로봇의 부품으로 사용이 가능하기 때문”이라고 밝혔다.

이어 “이번 연구는 피부와 같이 유연/신축성이 우수한 그래핀 소자를 개발하고, 이를 피부에 부착하여 사용이 가능한 생체 전극 및 센서를 개발한 것으로 향후 최종 목표는 인체에서 측정이 가능한 다종의 생체신호를 동시에 측정할 수 있는 웨어러블 생체신호 플랫폼 개발이다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 건국대학교 의학전문대학원 정형민 교수 연구팀과 고려대학교 이상훈 교수 연구팀, 한국표준과학연구원, 한국기초과학지원연구원, 미국 일리노이스 어반 샴페인(University of Illnois at Urbana-Champaign) 대학 연구팀과의 공동 연구를 통해 이루어진 결과로 세계적인 국제학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ 최신판에 게재됐다.