광운대 박재영 교수, 인체 신호 감지 가능한 나노섬유센서 개발

광운대학교는 최근 전자공학과 박재영 교수팀이 맥박, 호흡, 음성, 터치 등 인체의 다양한 생리·물리학적 신호를 감지하고, 실시간 모니터링이 가능한 나노섬유센서 패치를 개발했다고 30일 밝혔다.

이 나노섬유센서 패치는 기존 센서에 비해 넓은 범위의 압력(0-250kPa)에서 성능이 탁월해 스마트 의료·헬스케어, 스포츠, 로봇, 자동차, 국방산업 등 다양한 분야의 핵심기술로 활용될 것으로 기대된다.

박 교수 연구팀은 폴리 비닐 알코올성 탄성 중합체에 리튬 설폰아미드의 이온 염과 멕신(MXene)을 혼합한 용액으로 제작된 하이브리드 이온 나노섬유 고분자 필름을 감지막으로 사용했다. 이를 통해 수소결합으로 유발되는 멕신 표면의 기능성 층이 전극/전극 인터페이스에서 전기이중층(Electric Double Layer) 형성을 억제하게 해 초기 정전용량 값을 크게 감소시켰다.

또한 외부 압력에 의해 촉발된 이온 펌핑 프로세스를 통해 인터페이스에 두꺼운 전기이중층을 생성, 정전용량 변화를 크게 향상시켜 초고감도를 얻는데 성공했다.

이외에도 전기방사기술로 제작된 나노섬유 고분자 박막을 이용해 기존 마이크로 구조의 박막에 비해 높은 압축성을 가진다.

제작된 유연압력센서는 0-30 kPa과 30-250 kPa의 넓은 측정 압력 범위에서 0.5 kPa-1와 1.5 kPa-1의 초고감도와 70.4ms의 빠른 응답 시간을 보였다. 또 센서는 45 kPa의 높은 압력에서도 2 Pa의 낮은 압력을 구별해 측정할 수 있었고, 2만 회 이상의 연속 반복 실험에서도 성능이 저하되지 않는 우수한 내구성을 보였다.

한편 이번 연구는 한국 연구재단 바이오의료기술개발사업과 산업통상자원부나노융합산업핵심기술개발사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구 성과는 미국 화학학회에서 출판하는 세계 최고의 나노 소재·소자 연구 전문저널인 에이씨에스 나노(ACS Nano, IF:14.58) 2021년도 3월호 게재 및 표지논문으로 선정됐다.