빅데이터나 사물인터넷(Internet of Things: IoT) 등 정보통신기술의 발전에 따라 실공간에서 여러 가지 정보를 계측하는 새로운 센싱기술의 중요성이 높아지고 있다. 특히 인간의 생체정보를 계측하는 기술에 대한 연구개발이 활발하게 진행되는 가운데 일본 연구진이 몸에 붙이는 것 만으로 생체정보를 계측할 수 있는 센서 제작에 성공했다.

일본 과학기술진흥기구(JST)와 한국과학기술정보연구원 미리안에 따르면 최근 도쿄대학 연구진은 점착성 있는 겔을 이용해 반창고나 파스 같이 몸에 붙이는 것 만으로도 생체정보를 계측할 수 있는 시트형 센서를 개발했다. 이 센서는 인간의 피부나 실험용 쥐의 심장 표면에 부착했을 때 뒤틀림과 같은 생리적 변화나 심전과 같은 생리전기신호를 계측할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 센서의 접촉면이 역동적으로 움직이더라도 전자회로가 몸에서 떨어지지 않는 장점이 있다.

생체 계측용 센서. 손가락을 구부려도(아래) 안정적으로 작동하고 있다.

이번 연구에서 연구진은 두께 1.4㎛의 얇은 폴리에칠렌테레프탈레이트(PET) 고분자 필름 위에 고성능 유기 트랜지스터 집적회로를 제작하고 생체에 직접 접촉하는 전극 부분에만 점착성이 있는 겔을 부착했다. 그 결과 이 센서는 팽창하고 있는 고무풍선에서도 안정적으로 작동했고 실험용 쥐의 심장에 부착된 후에도 3시간 이상 양호한 수준의 접촉 상태를 유지했다. 또한 실험에 사용된 겔은 실험 후 녹아 점착성이 사라지기 때문에 계측 후에 센서를 심장에 부담을 주지 않고 간단히 떼어낼 수 있다고 연구진은 설명했다.

종래에 인간의 운동이나 생체정보를 전자적으로 계측하기 위해서는 단단한 전자부품을 생체에 직접 접착해야 하는 불편함이 따랐고, 이 같이 단단한 전자부품은 생체의 다이나믹한 운동을 방해해 제대로 된 계측을 할 수 없다는 문제점이 있었다.

일본 도쿄대 연구진이 개발한 생체 적합성이 우수한 신형 겔.

이번 연구에서 개발된 장치는 생체의 역동적인 운동 정보를 추적할 수 있어 헬스케어, 스포츠, 의료 및 복지 등 다방면에서 응용이 기대된다. 종래의 웨어러블 전자기기는 손목시계나 안경과 같이 몸에 가까이 하는 아이템에 전자회로를 도입하는 방식이었다. 하지만 이번 연구에 따라 센서 시스템을 몸에 부착해 일상적으로 생활하면서 24시간 스트레스 없이 생체정보를 계측할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 아직 동물실험 단계에 있지만 피부 뿐만 아니라 심장과 같은 체내의 조직에도 반창고와 같은 센서를 부착할 수 있다는 사실을 확인한 것도 큰 성과다.

이번 연구는 세계적인 과학전문지 '네이처'의 자매지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 지난 19일 게재됐다.