연구성과

화공 조길원 교수팀, 선인장 가시 모사해 땀 포집 패치 개발

2021-10-07 514

[붙이기만 해도 체액 분석…웨어러블 헬스케어 기기에 활용 가능]

선인장 가시가 물을 끌어들이는 원리를 이용한 땀 포집 패치가 개발됐다.

땀은 채혈 없이도 체액을 분석할 수 있는 효과적인 매개체다. 이를 활용한 땀 센서는 반복적으로 채혈하는 당뇨병 환자의 번거로움을 덜어줄 수 있으며, 피로도 측정 등 일상적인 건강관리를 위한 웨어러블 헬스케어 기기에도 활용될 수 있다. 그러나 땀은 분비 속도가 느리고 불규칙적이라는 한계가 있다. 이러한 땀을 효과적으로 포집할 방법이 필요했다.

최근 화학공학과 조길원 교수와 박사과정 손종현 씨 연구팀은 선인장 가시의 원리를 모방해 빠르게 땀을 모으는 피부부착형 패치를 개발했다.

건조한 환경에서 자라나는 선인장은 생존을 위해 가시에 맺힌 물방울을 가시 끝에서 몸통 쪽으로 이동시킨다. 이때 미세 물방울은 물방울의 휘어진 곡면 안쪽과 바깥쪽에 작용하는 압력의 차이로 인해 이동하게 되는데, 이를 라플라스 압력이라고 부른다.

조길원 교수 연구팀이 개발한 패치에는 선인장 가시가 물을 끌어들이는 원리가 적용됐다. 연구팀은 초발수·초친수로 표면에너지가 쐐기 형태로 패턴된 표면 구조와 마이크로유체 관의 높이 등을 최적화해 라플라스 압력 차이를 극대화했다.

연구 결과, 개발된 패치를 사용하면 미세 물방울이 마이크로유체 관의 기울기와 관계없이 자동으로 빠르게 이동했다. 또한 패치를 웨어러블 땀 센서에 적용할 경우, 일반 마이크로유체 관을 이용할 경우보다 훨씬 빠르게 측정할 수 있을 뿐 아니라 지속적인 혈당 모니터링이 가능했다.

화학공학과 조길원 교수는 “이 패치는 그간 포집에 어려움을 겪어 웨어러블 기기에 활용하지 못했던 땀을 빠르게 채취할 수 있는 기술”이라며 “땀을 활용해 혈당관리를 포함해 다양한 웨어러블 헬스케어 기술에 활용할 수 있을 것”이라고 기대감을 밝혔다.

한편, 세계적으로 권위 있는 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’ 표지논문에 최근 선정된 이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단’과 한국연구재단의 중견연구과제 지원으로 수행됐다.