전기및전자공학부 이현주 교수 연구팀이 친환경 소재인 실크를 이용해 접착력과 전기전도성이 높아 경피형 센서*에 도입할 수 있는 인체 친화적인 접착제를 개발했다. 이번 연구는 지난 9월 3일 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)> 표지논문으로 게재됐다.

인체에 적용하기 힘든 기존의 접착제

 헬스 케어 산업에서는 인체 피부에 센서를 부착하여 혈압, 맥박, 혈당 등을 측정하는 경우가 많다. 이때 센서와 피부를 접착제로 연결하는데, 현재 사용되고 있는 접착제는 피부를 통해 생체 신호를 전달받는 과정에서 노이즈**가 발생한다는 한계가 있다. 또한, 기존 접착제는 딱딱한 고체로 굳기 때문에 곡선인 인체 표면에 적용하기 적합하지 않으며, 떼어낼 때 피부가 손상될 가능성이 크다.

실크로 기존 단점 보완한 접착제 개발

 연구팀은 실크에 칼슘 이온(Ca2+)을 첨가하여 기존 접착제가 갖는 문제를 해결했다. 실크를 용액으로 만든 후 염화칼슘(CaCl2)을 첨가하면 염화칼슘이 해리되고, 해리된 칼슘 이온과 실크 고분자 아미노산 작용기와의 상호작용으로 실크가 점탄성을 띠게 된다. 연구팀은 이 성질을 이용해 친환경적이면서도 경피형 센서에 도입하기 적합한 접착제를 개발했다. 개발된 실크 접착제는 피부에 적용했을 시 일반 테이프의 20배 정도로 강한 접착력을 가지고 있어 센서가 피부에서 떨어지지 않게 부착할 수 있다. 접착제를 제작할 때 액체 상태의 용액을 응고시켜서 사용하기 때문에 주형틀에 따라 다양한 모양을 만들 수 있어 인체에도 사용하기 적합하다. 

 또한, 실크 접착제는 유연하다는 장점이 있다. 기존 심전도 센서의 경우 검사 시 몸을 움직이면 피부의 낮은 신장 탄성률과 빈번한 움직임으로 인해 피부에 부착된 센서가 동일한 위치를 유지하기 어려워 정확한 신호를 얻을 수 없었다. 그러나 개발된 접착제는 유연하여 신체의 움직임에 잘 대응할 수 있기 때문에 센서가 몸을 움직이는 중에도 센서에 신호를 잘 전달할 수 있다. 그뿐만 아니라 이온이 도입되어 접착제가 이온 전도성을 갖게 돼 인체와 센서 사이에 전기적 신호를 전달할 때 전기 신호의 손실을 줄여준다.

피부 손상 없이도 접착제 제거 가능해

 연구팀이 개발한 접착제는 염화칼슘의 농도나 수분 함량에 따라서 접착력을 조절할 수도 있다. 수분의 함량이 증가할수록 접착력은 향상되며, 특정 한곗값을 넘어서면 접착력이 다시 감소한다. 따라서 접착제를 물에 담그면 접착력이 매우 약해져 피부 손상 없이도 센서를 제거할 수 있다. 이후 연구팀은 개발한 실크 접착제를 이용하여 장기간 부착, 탈착, 재사용할 수 있는 경피형 센서를 개발했다. 이와 함께 인체 장기 조직 중 신축성이 강한 방광 조직에 높은 접착성을 가지는 변형 센서를 삽입해, 방광 조직의 변형률에 따른 변형 정도를 확인하기도 했다. 또한, 추가적인 연구를 통해 이를 체내 이식용 전자소자에도 이용할 수 있을 것으로 생각된다.

 연구팀이 개발한 접착제는 제작 과정에서 고난도 기술을 요구하지 않기 때문에 쉽게 상용화될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구에 제1 저자로 참여한 김효중 박사 과정은 “수분 함유량에 따라 접착력이 변하는 성질은 접착제를 떼어 낼 때는 장점이지만, 사막이나 한국의 장마철 등 기후에 따라 주변 환경의 습도가 변해 접착력이 달라지는 것은 보완해야 한다”고 밝혔다.

경피형 센서*

인체 피부를 통하여 자극이나 물질을 주고 받을 때 사용하는 센서.

노이즈**

전기적 혹은 기계적인 이유로 시스템에서 발생하는 불필요한 신호.