향후 패치와 피부간 신호 및 물질 전달이 잘 이루어져 향후 생체진단 신뢰도나 약물 패치의 성능이 획기적으로 증가할 것으로 보인다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 한국 과학자들이 주축이 된 국내·외 공동 연구진이 복잡하고 울퉁불퉁한 곳에도 잘 달라붙는 바이오패치 구조체 개발에 성공했다고 14일 밝혔다. 이번 연구에는 ETRI, KIST, 미국 펜실베니아대, 시카고대 연구진이 공동으로 참여했다.
그동안 전세계 연구진들은 사람 생체표면에 달라붙는 웨어러블 기기 개발을 위해 노력해 왔다. 하지만, 패치를 생체표면에 달라붙게 하기 위해 얇게 만들다보니 기계적 안정성이 급격히 떨어지는 한계가 있었다. 이로 인해 막이 쉽게 찢어지거나 말려 한 번 부착하면 위치를 옮기거나 떼기가 힘들어 1회용으로 밖에 사용하지 못한다는 문제점이 있었다.
ETRI는 문제점 해결을 위해 액체가 고체에 젖어 들어가며 정밀한 접촉이 이뤄지는 현상에 착안해 고체와 고체 사이에서도 젖는 현상이 일어날 수 있다고 보고 이를 ‘젖음현상(Wetting)’이라 정의, 현상을 규명했다.
연구진은 기계적 안정성과 우수한 젖음성을 동시에 구현하기 위해 폴리 우레탄 아크릴레이트(PUA) 라는 고분자 소재를 사용해 임프린트 기반으로 서로 다른 크기를 갖는 구조들이 공존하는 박막을 제작했다.
젖음성이 뛰어난 얇은 나노 박막과 젖음성은 적지만 얇은 박막을 지탱할 수 있는 마이크로 박막들을 계층적으로 위치시켜 500 마이크로미터에서 800 나노미터까지의 3층 계층 구조 박막을 제작했다.
이로써 탈부착이 쉽고 재사용이 가능할 만큼 기계적 안정성이 우수하면서도 수 마이크로미터(㎛) 세포수준의 거칠기에도 빈틈없는 접촉이 가능했다. 그동안 난제였던 기계적 안정성과 접촉성능의 한계를 극복한 셈이다.
연구진은 또한 특정 재료나 환경에 한정된 것이 아닌 일반적인 설계 원리를 규명했다. 피부뿐만 아니라 붙이는 대상이 다르거나 PUA와 다른 재료가 바뀌어도 구조체를 설계하는데 문제가 없음을 입증했다.
연구진은 향후 사람의 피부에 잘 달라붙는 패치 개발을 통해 양질의 생체정보를 얻을 수 있어 웨어러블 기기의 보편화에 큰 도움이 될 것으로 전망했다.
연구진은 앞으로 사람의 피부로부터 얻을 수 있는 생체정보를 모니터링 가능한 패치 개발에 주력할 계획이다.
/대전=박희윤기자 hypark@sedaily.com
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