국내에서 차세대 웨어러블 의료기기 기술들이 잇따라 개발, 상용화가 기대되고 있다.

21일 업계에 따르면 국내 연구진들은 최근 자가복구 트랜지스터, 정신건강 모니터링 플랫폼, 아기 땀 모니터링 기기 등을 개발했다.

경희대학교 화학공학과 오진영 교수팀은 최근 스탠퍼드 대학 제난바오(Zhenan Bao) 교수팀과 함께 나노박막 기술을 활용해 이같은 소자를 개발했다.

과거 자가 치유 반도체와 관련된 연구 성과가 보고된 사례는 있으나 트랜지스터를 구성하는 전도체, 반도체, 부도체 등 모든 전자 부품이 자가 치유될 수 있도록 하는 기술이 개발된 적은 없었다.

연구팀은 증기화 된 금속 원자가 트랜지스터 내에 있는 고분자 탄성체 안으로 확산하도록 유도했다.

이 때 금속과 고분자가 섞이면서 만들어지는 나노 단위의 혼합층은 늘어나거나 손상돼도 전기적 특성을 유지하며 전극의 역할을 지속할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

기술 개발에는 자가 치유 부도체, 고분자 반도체 나노웹 형성 기술, 금속 원자와의 나노 컴포지트 기술 등도 활용됐다.

실제 연구팀은 이번에 개발한 트랜지스터를 수술용 칼로 절단해본 결과, 트랜지스터 내부의 자가 치유 고분자 소재가 훼손 부위를 접합시켜 반도체와 부도체의 전극 층이 48시간 만에 재결합하는 것을 확인했다고 밝혔다.

또 훼손 부위의 전기적 특성은 90% 이상 복원됐다고 덧붙였다.

연구팀은 신축성과 자가 치유 능력을 갖춘 트랜지스터는 향후 '전자 피부' 등 피부 부착형 웨어러블 기기의 핵심 소자가 될 것으로 기대했다.

서울아산병원 정신건강의학과 이중선 교수는 최근 2024 질병관리청 국립보건연구원 학술연구 용역사업인 '스마트 웨어러블 기기 기반 질병 관리 모델 개발' 연구책임자로 선정돼 스마트 웨어러블 기기를 활용한 정신건강 모니터링 시스템 개발에 착수했다.

이 사업은 국립보건연구원으로부터 2년간 총 6억원을 지원받아 진행되며 스마트 웨어러블 기기로 수집할 수 있는 심박수, 심전도, 수면패턴 등 디지털 생체정보를 기반으로 하는 정신건강 모니터링 플랫폼 개발을 목표로 한다.

지난 수년간 코로나19를 겪으며 정서적 어려움이 전 세계적 사회 문제로 떠올랐으며 국내에서도 감염병 이후 생겨난 우울한 감정 상태를 일컫는 '코로나블루'라는 용어가 널리 사용되는 등 사회적 공감대가 형성되면서 정신건강 증진을 위한 의료서비스의 필요성이 부각됐다.

하지만 여러 비대면 정신건강서비스나 모바일 어플리케이션이 개발되었음에도 의학적 근거가 부족하거나 실제 임상에서 활용할 수 있는 표준화된 정신건강지표를 활용하는 경우는 드물어 이용자들에게 효과적이고 지속적인 도움을 주기가 어려웠다.

연구진은 스마트 웨어러블 기기로 수집되는 생체정보를 표준화 해 정신건강 정밀 모니터링을 가능하게 하는 알고리즘과 인공지능 모델을 개발하고 이를 어플리케이션과 연동시켜 의학적 근거 기반의 개인 맞춤형 정신건강 모니터링 플랫폼을 구축할 계획이다.

연구는 임상팀(서울아산병원, 서울성모병원, 경북대병원, 강동성심병원)과 밴드개발팀(가천대학교), 모니터링 개발팀(울산과학기술원), 분석팀(강원대학교, 성균관대학교)으로 나뉘어 정신건강 전문의 및 공학자들이 유기적으로 협력하는 융합연구로 수행된다.

가천대 이태일 교수와 경희대 오진영 교수는 최근 미국 로렌스리버모어국립연구원 최원진 박사, 한국기술교육대 채수상 교수 등 공동 연구팀이 잘 섞이지 않는 두 물질인 고무와 금속을 화학 반응의 경로, 속도 등을 탐구하는 속도론적 방법으로 뇌 주름 형상의 '금속-탄성체 나노 구조체'를 만드는 기술을 개발했다.

연구팀은 고무 탄성체 기판 위에 금속 박막을 증착(蒸着)하는 시스템에서, 고무와 금속 각각 물질의 증착 속도를 조절하는 방식으로 화학 반응을 통제했다.

고무 분자들의 이동 속도와 증착되는 금속 원자들의 증착 속도 간 상대적 차이를 조절, 나노 니들(nano needle) 형태의 금속 구조체들이 매우 조밀하게 연결된 금속-탄성체 나노상을 만드는 데 성공했다.

이렇게 고무 탄성체 기판 표면에 형성된 금속-탄성체 나노상은 기판과 계면 사이의 큰 기계적 불안정성을 유도해 증착이 끝난 후, 수 시간에 걸쳐 마치 뇌 주름과 같은 형태의 표면 주름이 형성되는 것을 관찰했다.

이는 표면적이 넓어지는 효과를 얻는 동시에 금속-탄성체 나노상 내부의 특이한 나노구조를 통해, 기계적·화학적·열적 측면에서 기존 재료에서 보기 힘든 정도의 높은 내구성을 보였다고 설명했다.

연구팀은 기존 신축성 전극이 가질 수 없었던 매우 뛰어난 내구성을 바탕으로 차세대 웨어러블 의료 및 전자기기나 가상현실(VR)과 같은 응용 분야 전극 소재로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대했다.