긁혀도 스스로 회복하는 웨어러블 센서 나왔다

2020.01.21 16:10
초고속 자가치유 소재를 개발한 한국화학연구원 바이오화학연구센터 김선미 연구원과 박제영 선임연구원. 화학연 제공.
초고속 자가치유 소재를 개발한 한국화학연구원 바이오화학연구센터 김선미 연구원과 박제영 선임연구원. 화학연 제공.

몸이 배출하는 땀으로 건강상태를 측정하는 웨어러블 센서는 긁히거나 흠집이 생기면 성능이 저하될 수 있다. 걷기나 달리기, 뛰기 등 격한 운동을 하다 보면 파손될 수 있기 때문이다. 

 

한국화학연구원은 황성연 바이오화학연구센터 센터장과 박제영 선임연구원, 김선미 연구원 연구팀이 최봉길 강원대 화학공학과 교수 연구팀과 공동으로 이같은 웨어러블 센서의 한계를 극복한 웨어러블 센서 소재를 개발했다고 21일 밝혔다. 연구결과는 분석화학 학술지 ‘바이오센서 및 바이오일렉트로닉스’와 ‘미국화학회 응용재료 및 계면’에 발표됐다. 

 

연구진이 개발한 웨어러블 센서는 머리에 착용하는 밴드 형태에 배출되는 땀으로 건강상태를 실시간 측정하는 센서를 부착한 것이다. 긁히거나 잘려도 금세 원래 상태로 돌아오는데 불과 30초면 손상된 소재가 원래 상태로 회복되는 게 특징이다. 

 

화학연 연구진은 초고속 자가치유 소재를 개발하고 강원대 연구진이 땀 성분을 측정할 수 있는 센서를 제작했다. 

 

화학연 연구진은 감귤류와 목질류에서 추출하는 구연산과 숙신산 등 친환경 화합물을 합쳐 새로운 초분자 중합체를 만들었다. 이 중합체는 수소결합을 통해 자가치유 특성을 가진 고분자다. 말단의 ‘카르복실산(COOH)’과 알콜기(OH)가 서로 수소결합을 한다. 분자간 인력이 강해져 기계적 강도가 세고 붙었다 떨어지는 특성으로 잘라도 금세 다시 붙는 것이다. 

 

연구에 참여한 김선미 화학연 연구원은 “수소결합으로 기계적 강도가 셀 뿐 아니라 자가치유 속도가 놀라울 정도로 빨라졌다”며 “3mm 두께의 절단된 소재가 상온에서 1분 후에 아령 1kg을 들 수 있을 정도의 강도로 회복된다”고 말했다. 

초고속 자가치유 소재를 자르고 다시 붙였더니 60초 후에 추 1㎏을 들 수 있을 정도의 강도로 회복됐다. 화학연 제공.
초고속 자가치유 소재를 자르고 다시 붙였더니 60초 후에 추 1㎏을 들 수 있을 정도의 강도로 회복됐다. 화학연 제공.

강원대 연구진은 땀에서 얻은 데이터를 측정하는 가느다란 실 형태의 센서와 실시간으로 스마트폰에 데이터를 전송해 보여주는 장치를 제작했다. 화학연이 개발한 자가치유 소재는 실 형태의 땀 측정 센서를 감싸는 피복재로 쓰였다. 센서는 땀에 포함된 칼륨, 나트륨 이온, 수소 이온 등의 데이터를 통해 심근경색, 근육경련, 저나트륨혈증 등을 측정해 건강 상태를 알 수 있게 해준다.  

 

연구진은 실험을 통해 개발한 센서의 성능을 확인했다. 헤어밴드를 착용한 피실험자가 고정식 자전거를 50분 동안 탄 결과 땀의 전해질 농도를 정확하게 측정했고, 운동 중 가위로 센서를 잘라도 20초만에 다시 정상 작동했다. 

 

최봉길 강원대 교수는 “자가치유 땀 측정 센서는 실 형태로 바느질하듯 꿰매는 방식”이라며 “여러 종류의 의류제품에 적용할 수 있어 다양한 제품으로 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.
 

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