하태준 교수(전자재료공학과), 자가 구조변형이 가능한 피부 부착용 전자 장치 개발

- Chemistry Analytical 분야 최상위 (1st) 국제 전문 학술지인 Biosensors and Bioelectronics 저널 (IF: 10.257) 선정 -

(좌측부터)석박사통합과정 최형준, 하태준 교수, 석박사통합과정 강병철

본교 하태준 교수(전자재료공학과)의 논문이 Chemistry Analytical 분야 최상위 (1st) 국제 전문 학술지인 Biosensors and Bioelectronics에 Self-reconfigurable high-weight-per-volume-gelatin films for all-solution-processed on-skin electronics with ultra-conformal contact의 제목으로 게재되었다. 논문에 따르면 하태준 교수 연구팀은 기존 복잡한 진공 공정 없이 간단한 저온 용액 공정을 기반으로 자가구조 변형이 가능한 천연 젤라틴을 합성하였으며 이를 이용하여 높은 동작 안정성과 신뢰성이 확보된 피부 부착용 물리 모션 센서 및 전기 생리학적 ECG, EMG 센서를 개발하였다.

최근 인간과 전자기기 인터페이스에 대한 관심이 급증하면서, 피부 부착용 전자 응용 장치들을 의료장비 및 인체와 연결하는 휴먼-머신 인터페이스 기술이 전 세계적으로 주목받고 있다. 피부 부착용 전자 소자의 적용과 확산이 가장 빠르게 이루어지고 있는 영역은 헬스케어 및 의료분야로서 피트니스 및 웰니스 시장을 중심으로 건강 진단 및 치료와 수술 부문에도 확대 적용될 것으로 예상된다.

기존의 피부 부착형 전자 소자 기판은 인공 고분자 재료를 주로 이용하고 피부와의 접촉을 위해 별도의 접착제 및 스크랩과 같은 추가 장치가 필요하며 이러한 별도의 장치로 인해 전기적 신호로 변환하는 과정에서 생체 정보가 왜곡될 수 있다. 또한 통기성이 확보되지 않은 피부 부착형 전자 소자는 피부 호흡을 방해하여 피부 염증을 발생시킬 수 있는 문제점을 가진다.

이에 하태준 교수 연구팀이 개발한 ‘자가 구조변형이 가능한 피부 부착용 전자 장치’는 높은 생체적합성 기반의 물 흡수/증발 기술을 적용하여 자가 구조변형이 가능한 천연 젤라틴 박막의 초밀착 접촉을 가능하게 했으며, 이를 통해 기존 피부 부착형 전자소자의 근본적인 문제점인 생체적합성 및 동작 안정성과 신뢰성을 획기적으로 높였다. 또한 간단한 방식으로 탈부착이 가능하며 탈부착 과정을 진행하여도 동일한 ECG 및 EMG 센싱 특성을 유지하기 때문에 높은 재사용성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 레벨로 구현이 가능하기 때문에 관련 산업으로의 파급 효과가 클 것으로 기대된다. 특히, 제 1 저자인 최형준군은 광운대학교 석박사통합과정에 진학하고 3학기 만에 맺은 결실로 앞으로의 연구 성과가 기대된다. 이번 연구는 광운대학교 단독 연구로 진행되었으며 미래창조과학부가 주관하는 한국연구재단 중견연구사업 지원으로 수행되었다.

한편, 하태준 교수는 첨단 재료를 기반으로 한 차세대 전자 응용 소자 및 시스템에 관한 연구를 진행하고 있으며, 한국정보디스플레이학회 및 한국센서학회 산학협력이사로 활동하고 있다.

참고 : https://doi.org/10.1016/j.bios.2021.113231

물 분자의 흡수 및 증발에 통해 자가 구조변형 현상의 과정

AgNWs/젤라틴 필름을 기반으로 이마 찡그림과 같은 미세한 움직임을 감지하는 능력, AgNWs/젤라틴 전극과 상업용 Ag/AgCl 전극의 접촉 임피던스, AgNWs/젤라틴 전극과 상업용 Ag/AgCl 전극에 의해 측정된 ECG, EMG 파형

(a) AgNWs/젤라틴 전극과 상업용 Ag/AgCl 전극을 피부에 부착한 후 3일 동안 사용자 피부에 대한 반응 비교한 사진, (b) PDMS, PI와 비교한 젤라틴 필름의 수분기 투과성