국내 연구진이 웨어러블 장치의 성능과 사용 편의성을 높일 수 있는 나노 구조체 전사 기술을 개발했다. 원하는 기능을 구현하는 나노 구조체를 섬유에 결합시키는 공정이다. 다양한 기능을 갖춘 웨어러블 장치의 개발에 활용될 것으로 기대를 모은다.
박인규 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 교수와 정준호 한국기계연구원원 책임연구원이 이끄는 연구진은 땀으로 포도당 수치를 진단할 수 있는 웨어러블 시스템을 개발했다고 13일 밝혔다.
웨어러블 장치는 옷, 시계처럼 몸에 걸치는 물체에 전자 장비를 달아 다양한 기능 부여하는 기술이다. 다만 섬유의 굴곡과 낮은 접착력으로 인해 새로운 기능성 섬유 제조 기술의 필요성이 커지고 있다.
연구진은 새로운 전기방사 섬유 기술을 개발해 이 같은 문제를 해결했다. 전기방사 섬유는 신축성이 우수하지만, 전하를 띤 고분자를 사용해 만들 수 있어 구조와 재료가 제한된다는 한계가 있다.
연구진은 금속·금속산화물 기반의 나노 구조체를 수㎛(마이크로미터·1㎛는 100만 분의 1m) 수준의 전기방사 섬유 위에 전사하는 기술을 개발했다. 이번에 개발한 기술을 활용하면 원형·사각형·그물·십자가 같은 다양한 구조의 전기방사 섬유를 만들 수 있으며, 금·은·알루미늄·니켈 같은 금속과 이산화티타늄·이산화규소 같은 금속산화물로 만든 나노구조체의 전사도 가능하다.
연구진은 열을 가해 모양을 바꿀 수 있는 열가소성 고분자를 선정해 섬유를 만들었다. 산소 플라즈마를 이용해 화학 결합력을 높이고 섬유 위에 나노구조체가 결합되도록 했다. 그 결과, 사용자가 원하는 기능을 구현하면서도 착용감이 우수한 전기방사 섬유를 만들 수 있었다.
이번에 개발한 섬유를 이용해 땀 속의 미세한 포도당을 감지하는 마스크도 개발했다. 빛을 받으면 살균 작용을 내는 이산화티타늄은 원형 나노 구조를 이용해 살균 작용도 구현했다. 연구진은 이번에 개발한 기술을 활용하면 포도당 감지 마스크 뿐 아니라 다양한 기능을 갖는 웨어러블 장치의 개발이 가능할 것으로 기대하고 있다.
박 교수는 “차세대 전기방사 섬유상 나노구조체의 전사 공정은 나노구조체의 한계, 낮은 범용성, 대량 생산의 어려움을 해결할 수 있을 것으로 기대된다”며 “웨어러블 헬스케어를 포함해 다양한 웨어러블 시스템으로 확장될 수 있을 것ˮ이라고 말했다.
참고 자료
Advanced Materials(2024), DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202401404