"피부에 슥 바르면 끝"…페인트형 생체 전극 나왔다

[지디넷코리아]피부에 직접 바를 수 있으면서도 강한 접착력과 높은 통기성을 갖춘 새로운 전극이 개발됐다.

기존 의료용 전극보다 땀에 강하고 다양한 디자인도 가능해 장기 의료 모니터링과 웨어러블 기기의 정확도를 높일 기술로 주목받고 있다.IT매체 기즈모도 등 외신은 펜실베이니아 주립대, 매사추세츠공과대학(MIT), 중국 쑤저우 생체의학공학기술연구소 공동 연구진이 피부에 직접 도포할 수 있는 고분자 전극을 개발했다고 13일(현지시간) 보도했다.

연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다.기존 접착식 전극 패드는 땀이나 마찰로 쉽게 떨어져 생체 신호 측정 정확도가 떨어지는 문제가 있다.

스마트워치 역시 금속 전극과 피부 접촉 면적이 제한돼 심박수나 칼로리 소모량 등 주요 생체 데이터를 정확하게 측정하는 데 한계가 있었다.연구진이 개발한 전극은 피부에 페인트를 바르듯 직접 도포하는 방식으로, 근육 활동과 심박수, 뇌파 등을 안정적으로 측정할 수 있다.

실제 피실험자가 러닝머신에서 운동하는 동안 실시한 심전도(EKG) 실험에서는 땀을 흘리기 전후에도 측정값이 95.1%의 일관성을 유지한 것으로 나타났다.연구를 이끈 펜실베이니아 주립대 후안위 청(Huanyu Cheng) 교수팀은 여러 복합 소재를 조합해 높은 유연성과 접착력을 갖춘 전극을 제작했다.전기 전도성은 PEDOT:PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌 설포네이트))가 담당하며, 4-도데실벤젠설폰산(DBSA)은 전도성과 유연성을 동시에 높이는 역할을 한다.

여기에 물과 에탄올, 폴리비닐알코올(PVA)을 혼합해 최종 소재인 'WE-PPD(Water-Ethanol-PVA/PEDOT:PSS/DBSA)'를 완성했다.연구진은 "장기간 피부에 부착되는 전극은 땀이 나더라도 접착력을 유지하면서 피부 자극을 최소화하기 위해 높은 수증기 투과성을 갖춰야 한다"고 설명했다.실제로 통기성 시험 결과도 우수했다.

기존 의료용 필름인 테가덤과 비교했을 때 WE-PPD는 섭씨 22도에서는 약 5배, 섭씨 37도에서는 10배 이상 많은 수증기를 통과시키는 것으로 나타났다.

또, 다공성 은 섬유와 결합한 상태에서는 약 170%까지 늘어나도 손상되지 않을 만큼 뛰어난 신축성을 보였다.연구진은 이 기술이 장기간 생체 신호를 측정해야 하는 의료 분야에서 특히 유용할 것으로 기대했다.

영구적인 전극 타투나 인간-기계 인터페이스는 물론 식물의 생체 신호를 측정하는 농업용 센서에도 적용 가능성이 있다는 설명이다.

특히 전극을 만화 캐릭터 등 다양한 형태로 디자인할 수 있어 어린이 환자의 거부감을 줄이는 데 도움이 될 것으로 전망했다.연구진은 "전극을 만화 패턴으로 제작하면 소아 환자의 불안감을 줄이고 전기생리학적(EP) 모니터링에 대한 수용성을 높일 수 있다"며 "개인 맞춤형 디자인은 신체적 편안함뿐 아니라 사회적 수용성 향상에도 도움이 된다"고 밝혔다.다만 상용화까지는 해결해야 할 과제도 남아 있다.피실험자가 전극을 24시간 착용한 결과 피부 부작용은 관찰되지 않았고 기본적인 독성 시험도 통과했지만, 연구진은 장기적인 안전성 검증이 추가로 필요하다고 강조했다.

특히 자기공명영상(MRI) 환경에서의 안전성이 중요한 과제로 꼽힌다.

초기 MRI 호환성 시험에서는 일부 긍정적인 결과가 나왔지만, 강한 전자기장 속에서 전극이 과열되거나 전자기적 상호작용을 일으킬 가능성은 아직 충분히 검증되지 않았다.연구진은 "향후 다양한 MRI 작동 조건과 펄스 시퀀스에서 무선주파수(RF)에 의한 발열과 전자파 흡수율, 전자기 상호작용을 체계적으로 조사해야 한다"고 밝혔다.이에 따라 피부에 직접 칠하는 전극 기술은 의료와 웨어러블 기기의 활용 가능성을 크게 넓힐 것으로 기대되지만, 안전성 검증을 거쳐 실제 제품으로 출시되기까지는 다소 시간이 필요할 것으로 보인다고 기즈모도는 전했다. ...