외부 전원이 없어도 구동할 수 있는 피부 부착형 심전도 센서가 개발됐다. 유기 태양 전지에 심전도를 측정하는 센서를 결합한 것으로, 장시간 안정적으로 생체 정보를 모니터링할 수 있는 기기 개발이 가능해졌다.
광주과학기술원(GIST)는 신소재공학부 생체전자재료 연구실에서 2016년 박사학위를 받은 박성준 박사가 참여한 연구팀이 초박형 유기 태양전지와 초박형 심전도 측정 센서를 결합한 '피부 부착형 심전도 측정 장치'를 제작하는 데 성공했다고 1일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '네이처' 최신판에 발표됐다.
이번 연구는 박성준 박사가 일본 이화학연구소 박사후연구원(포스트닥터)으로 있었던 시절 진행했다. 현재 삼성종합기술원 소속인 박 박사는 현재 이화학연구소 박사후연구원인 허수원 박사, KAIST 박사후연구원 과정을 밟고 있는 이원령 박사와 이번 연구를 수행했다.
신축성이 있는 얇은 유기 태양 전지는 저전압으로 구동할 수 있는 마이크로 센서와 연결돼 장시간 안정적으로 전원을 공급할 수 있다. 피부와 옷감에 밀착시켜도 안정성과 내구성이 좋은 유기 태양 전지가 나오면서 차세대 센서용 전원으로 주목받고 있다.
그러나 피부에 부착하면 피부 변형이나 빛의 입사각도에 따라 태양 전지의 출력이 불안정해질 수 있다는 한계 때문에 유기 태양 전지와 직접 연결해 생체 신호를 측정하는 소자 개발 연구에 어려움이 많았다.
연구진은 선이 규칙적인 나노 규모의 요철 패턴 '나노 요철 구조'를 초박형 유기 기판 위에 형성하는 데 성공했다. 두께 1마이크로미터(μm, 1μm는 100만분의 1미터)의 초박형 기판 위에 높이 수십 나노미터(nm, 10억분의 1미터) 주기 약 700nm의 요철 모양의 나노 패턴을 '전자 주입 층' 및 '반도체 폴리머' 층에 형성한 것이다.
이어 피부 부착형 심전도 측정 장치를 제작해 인체의 피부에 붙인 결과, 외부 전원이 없어도 높은 정확도로 심전도 신호를 얻어낼 수 있었다. 특히 연구진은 유기 태양 전지의 나노 격자 구조가 빛의 굴절률을 조정해 태양 전지 표면 빛의 반사를 줄이고 효율적으로 입사광을 에너지 생성에 이용할 수 있도록 했다.
박성준 박사는 "이번 연구를 통해 전력 소비 및 인체에 미치는 영향을 걱정하지 않고 지속적으로 생체 정보를 취득하기 위한 요소 기술을 실현했다"며 "취득한 생체 정보를 처리하는 회로 및 무선 전송 시스템과 통합, 추후 차세대 자립 기반 센서 시스템의 기반 기술을 제공할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.