[대학저널 황혜원 기자] 박재영 광운대 교수팀이 맥박과 심박수, 호흡 등을 측정하는 탄소나노섬유센터를 개발했다.
광운대학교는 박 교수팀이 맥박과 심박수, 호흡, 발성 등 인체의 크고 작은 다양한 생체신호를 감지하고, 실시간으로 모니터링할 수 있는 웨어러블 유연 압저항 센서를 개발했다고 29일 밝혔다.
박 교수팀이 개발한 센서는 기존 센서에 비해 넓은 선형범위의 압력에서 초고감도와 초저검출한계 등 성능이 탁월해 웨어러블 스마트 의료/헬스케어와 전자피부, 휴머노이드 로봇, 메타버스 등에 핵심기술로 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.
박 교수팀은 H-결합 형성을 통한 폴리머 백본 강화를 위해 폴리아크릴로니트릴과 셀룰로오스, 멕신을 혼합한 용액과 전기방사 기술을 이용해 나노섬유를 제작하고, 고온에서 탄화시켜 전도성을 갖는 탄소나노섬유를 제작했다.
제자리 중합 증착 기술을 적용 탄소나노섬유의 전체 표면에 전도성고분자 PANI-나노스파인 구조체를 고르게 형성한 멤브레인을 만들었다.
탄소나노섬유 표면에 형성된 PANI-나노스파인 구조는 기존 마이크로-나노구조에 비해 더 큰 차이의 저항을 생성해 압력 감도를 크게 향상시키고, 적층형의 탄소나노섬유 멤브레인 구조는 큰 압축성과 낮은 점탄성을 나타내 선형 측정 압력 범위의 성능을 얻을 수 있다.
적층적 섬유 구조와 PANI-나노스파인을 이용해 제작된 유연 압력센서는 0–50 kPa의 넓은 측정 압력 범위에서 179.1 kPa–1의 초고감도와 1.2 Pa의 낮은 압력을 구별해 측정할 수 있었고, 1만회 이상의 연속 반복 실험에서도 성능이 저하되지 않는 우수한 내구성을 보였다.
또한 실시간 연속 맥박 신호 모니터링을 통한 심혈관 질환 진단을 위해 감지된 신호를 모바일 플랫폼으로 전송하는 무선시스템도 개발했다.
이번 연구는 한국 연구재단 바이오의료기술개발사업과 중견연구과제의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 국제 저명 학술지 ‘나노에너지’ 저널에 게재됐다.
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