입으면 땀에서 '포도당 수치' 감지하는 웨어러블 시스템

KAIST

나노구조체가 전사된 전기방사 섬유는 웨어러블 헬스케어 센서나 살균 마스크 등을 개발하는 데 응용될 수 있다. KAIST 제공.

옷처럼 입거나 시계처럼 장착하면 땀에서 포도당 수치를 진단할 수 있는 기술이 개발됐다. 차세대 웨어러블 시스템에 유용하게 활용될 것으로 기대된다. 

KAIST는 박인규 기계공학과 교수와 정준호 한국기계연구원 나노공정장비연구실 책임연구원 공동연구팀이 전기방사 섬유에 금속 및 금속산화물 기반 나노구조체를 전사하는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 

과학자들은 100나노미터(nm, 10억분의 1미터) 이하의 크기에서 물성을 자유롭게 변화시킬 수 있는 나노구조체를 섬유에 전사해 웨어러블을 만드는 시도를 하고 있다. 하지만 섬유의 굴곡진 형상과 나노구조체의 낮은 표면 접착력으로 기능성 섬유를 제작하는 데 한계가 있는 상황이다. 

연구팀은 마이크로 스케일의 곡면 형태인 전기방사 섬유 위에서 금속·금속산화물 나노구조체가 안정적으로 전사되는 공정을 개발했다. 나노 원형, 마이크로 원형, 나노 사각형, 나노 그물, 나노 라인, 나노 십자가와 같은 다양한 나노구조체를 섬유에 전사할 수 있는 방법이다. 

금, 은, 알루미늄, 니켈과 같은 금속 재료부터 이산화티타늄, 이산화규소와 같은 금속산화물까지 다양한 재료의 나노구조체 전사를 할 수 있다. 

연구팀은 우선 열 성형이 가능한 열가소성 고분자를 선정해 신축성이 있는 섬유를 제작했다. 그 다음 산소 플라즈마를 처리해 나노구조체 지지 고분자의 식각과 표면 개질로 화학적 결합을 증진시켰다.

착용이 가능한 전기방사 섬유 위에 나노구조체를 결합시켜 다양한 기능성 의복 고안 및 웨어러블 시스템 영역 확장 가능성을 연 것이다. 가령 웨어러블 헬스케어에 접목하면 땀의 미세한 포도당 수치를 진단할 수 있다. 

박 교수는 "개발된 전사 공정은 섬유상 나노구조체의 적용 한계, 낮은 범용성, 대량 생산의 어려움을 해결할 수 있을 것으로 기대된다“며 ”추후 웨어러블 헬스케어 응용을 포함한 다양한 웨어러블 시스템으로 확장할 수 있으며 이는 웨어러블 나노기술의 압도적 선도 국가가 되기 위한 발판이 될 것“이라고 말했다. 이번 연구는 국제학술지 `어드밴스드 펑셔널 머터리얼스‘에 지난 4월 온라인 출판됐다.

(왼쪽부터) 박인규 KAIST 기계공학과 교수, 정준호 한국기계연구원 책임연구원, 하지환 KAIST 박사과정생(제1 저자). KAIST 제공.

[문세영 기자 moon09@donga.com]