한국화학연구원은 바이오화학연구센터 황성연·박제영 박사팀과 강원대학교 최봉길 교수팀이 자가치유와 건강측정이 가능한 웨어러블 센서를 개발했다고 22일 밝혔다. 
 
기존 웨어러블 센서 센서는 걷기나 달리기, 뛰기 등의 동작으로 인해 긁히거나 파손되면 성능이 떨어진다. 

이번 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 초고속 자가치유 소재를 개발하고 이를 이용해 강원대 연구진이 땀 성분을 측정할 수 있는 센서를 제작했다.

연구과정을 보면 먼저 감귤류와 목질류에서 추출하는 구연산과 숙신산 등의 친환경 화합물을 합쳐 새로운 초분자 중합체를 만들었다. 

이 초분자 중합체는 수소결합(전기 음성도가 강한 질소와 수소, 산소와 수소, 불소와 수소를 갖는 분자가 이웃한 분자를 끌어당기는 힘) 등의 상호작용으로 자가치유 특성을 가지는 고분자이다. 

또 수소결합은 자가치유의 핵심으로 새로운 초분자 중합체는 말단의 카르복실산(COOH)과 알콜기(OH)가 서로 수소결합을 한다. 

이로 인해 분자 간 인력이 강해져 기계적 강도가 세고, 붙었다 떨어지는 가역적 성질로 인해 잘라도 금세 다시 붙는 것이다. 

이후 피실험자가 실 형태의 센서를 바느질한 헤어밴드를 착용한 채 고정식 자전거를 탔는데 50분 동안 땀의 전해질 농도를 정확하게 추적했고 운동 중 가위로 센서를 잘랐더니 20초 만에 다시 정상 작동했다. 

이 연구결과에 의하면 개발된 웨어러블 센서는 땀에 포함된 칼륨, 나트륨 이온, 수소 이온 등의 데이터를 통해 심근경색, 근육경련, 저나트륨혈증 등의 건강상태를 알 수 있다. 

특히 불과 30초면 손상된 소재가 8MJ/㎥(메가줄/세제곱미터)를 회복해 세계 최고 속도를 보유한 중국 쓰촨대의 기록(2분 6MJ/㎥)을 4배 이상 앞질렀다.

화학연구원 박제영 박사는 “자가치유 초분자 중합체를 기반으로 한 땀 측정 센서의 설계 및 제작은 광범위한 비침습적 진단 및 의료 모니터링 응용 분야에서 스마트 웨어러블 기술에 대한 새로운 기회를 열어줄 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구는 한국화학연구원의 수월성 연구그룹 육성 사업 및 연구재단의 신진연구 지원을 받아 수행됐고 ‘바이오 센서 및 바이오 일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics/IF:9.518)’ 에 12월 게재됐다.