국내 연구진이 자외선(UV) 및 레이저 기반 소재 공정 기술을 활용해 차세대 웨어러블 광센서와 고성능 전자소재 제조기술을 개발하며 e-헬스케어와 전자산업 소재 분야 혁신을 가속하고 있다. 해당 연구는 지속적인 의료 모니터링을 목표로 차세대 헬스케어 솔루션과 첨단 전자 소재를 만들어 나갈 것으로 기대를 받고 있다.
자외선(UV)은 주름, 기미, 잡티 등 다양한 피부 노화 및 손상의 주요 원인이다. 이에 자외선 노출을 차단하고 이를 적절히 관리하는 기술은 피부 건강 유지의 핵심 요소로 간주되고 있다. 이러한 문제점에 주목해 한국표준과학연구원 조주형 박사는 전북대 연구팀과 공동 연구를 통해 최적화된 III-V 화합물 반도체 기반 마이크로포토디텍터(µPDs)를 3D 다공성 패치 형태로 결합, 인체 착용 가능한 UV 센서를 개발했다고 밝혔다.
해당 센서는 높은 광전자 응답성과 외부 양자 효율성을 자랑하며, 장시간 및 실시간 UV 모니터링을 가능하게 한다. 센서의 핵심 기술은 피부에 부착해 24시간 UV 노출량을 실시간 분석하고 모니터링할 수 있다는 점에서 중요한 의의를 가진다. 센서 기술이 바탕이 된 연구는 국제 저명 학술지인 'Advanced Optical Materials'에 "Long‐Term UV Detecting Wearable Patches Enabled by III‐N Compound Semiconductor‐Based Microphotodetectors"라는 제목으로 게재된 바 있다. 본 연구 성과는 UV와의 상호작용을 효율적으로 제어할 수 있는 기술을 구현했으며, 의료뿐 아니라 미용 분야에서의 실용화 가능성을 주목받고 있다.
조 박사가 주축이 된 연구팀은 다양한 광원에 대한 실험을 통해 센서의 민감도와 응답 속도를 최적화했으며, 인체에 부착 가능한 3D 다공성 구조를 채택해 피부에 미치는 부담을 최소화했다. 특히 이 센서는 사용자의 피부 상태를 지속적으로 모니터링할 뿐 아니라, 피부 표면의 불순물을 제거하는 기능을 제공해 피부 건강 관리의 새로운 기술적 기준을 제시하고 있다.
조주형 박사는 "UV 모니터링 기술은 피부 건강 유지에 핵심적인 요소이며, UV 노출을 정밀하게 추적할 수 있다는 점에서 활용 가치가 높다"며 "이번 기술이 상용화되면 자외선 차단 효과와 피부 손상 예방에 실질적으로 기여할 것"이라고 말했다. 이어 "지속적이고 정밀한 모니터링을 통해 새로운 형태의 피부 건강 관리 서비스를 열어갈 것"이라고 밝혔다.
조 박사는 웨어러블 광센서 연구뿐 아니라, 레이저를 포함한 다양한 소재의 상호작용 연구를 지속적으로 수행해온 국내 몇 안 되는 전문 연구자로 알려져 있다. 헬스케어와 전자산업 융합의 중요한 기술적 발전을 이끌어가고 있다. 레이저는 우수한 열 제어 능력을 지니고 있어, 이를 통해 나노 소재나 그래핀과 같은 2D 소재를 정밀하게 가공할 수 있는 핵심 도구로 평가된다. 해당 기술을 바탕으로 플라스틱 기판의 온도 문제를 해결하기 위해 레이저-소재 처리 기술을 활용해 유연 전자기기 분야에서의 새로운 가능성을 열었다. 해당 기술은 국제 유수 학술지인 'Advanced materials'에 "Laser–material interactions for flexible applications"라는 제목으로 게재된 바 있다.
유연 전자기기는 기존의 딱딱한 전자기기와 달리 높은 변형성·착용성을 제공하지만, 제작 과정에서 필연적으로 발생하는 플라스틱 기판의 열 변형 문제 때문에 기술적 한계에 직면해왔다. 연구팀이 개발한 레이저–소재 상호작용 공정 기술은 열적 취약성을 효과적으로 극복함으로써 고효율 전자 소자의 제조를 가능하게 한다. 연구팀은 "특히 이 기술은 에너지 저장 장치, 프로세서, 디스플레이 등 다양한 고성능 전자 소자 제조에 적용할 수 있어 산업적 파급력이 크다."고 밝혔다.
해당 연구는 레이저를 활용한 나노 소재 공정 기술을 더욱 효율적으로 발전시키는 데 중점을 두었으며, 전자기기 제작의 표준적인 방법으로 자리 잡을 것으로 예상하고 있다. 연구진은 "레이저-소재 상호작용을 통해 유연 전자소자들의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 이를 산업 전반에 적용할 수 있을 것"이라고 전했다.
조 박사와 연구팀의 웨어러블 광 센서와 레이저-소재 상호작용 기술 연구의 궁극적인 목표는 웨어러블 기기와 전자기기의 융합을 통해 기술의 상용화와 국제적 표준화를 달성하는 데 있다. 연구팀은 향후 국제표준화기구(ISO), 국제전기기술위원회(IEC) 등 글로벌 검증 체계를 통해 센서 및 공정 기술을 표준화하고, 차세대 바이오메디컬 헬스케어와 첨단 전자소재 응용 분야로 기술을 확장해 나갈 계획이다.
해당 기술들이 본격적으로 상용화될 경우 웨어러블 센서와 레이저 기반 기술이 결합되어 의료와 전자산업에 새로운 혁신을 일으킬 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히 웨어러블 UV 센서와 레이저-소재 상호작용 기술은 향후 헬스케어와 전자산업의 두 축의 융복합 발전을 이끄는 주요 동력이 될 것으로 기대하고 있다. 연구팀은 이 기술들이 실제 의료 현장과 일상 생활에서 활용될 수 있는 실용적인 솔루션 구현을 목표로 세계적인 연구 기관들과의 협력을 확대하고 있다. 향후 글로벌 유수 연구기관들과의 협력을 통해 기술 검증, 표준화를 지속 추진하고, 혁신 기술이 빠르게 시장에 안착할 수 있도록 지속적으로 노력할 계획이다.