균일한 미세공극과 높은 수분 투과도를 가진 다공성 폴리머 단면. KAIST 제공
피부에서 발생하는 땀의 양을 뛰어넘는 발습(습기를 밖으로 내보내는) 효과를 가진 다공성 폴리머 유연 소재가 나왔다.
27일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면 바이오및뇌공학과 조영호 교수 연구팀이 개발한 소재와 제조 공정은 미세공극(구멍)을 균일하게 형성해 높은 수분 투과도를 가지도록 했다. 유연 소재 표면에 피부의 생리 신호를 감지할 수 있는 센서들을 제작할 수 있어 상시 착용이 가능한 피부부착형 패치 개발이 가능하다.
기존 다공성 폴리머는 설탕 등의 고형 입자를 폴리머에 혼합한 후 용액으로 입자를 녹여 공극을 형성한다. 고형 입자 크기와 분포가 불균일하며 얇은 박막 형성이 불가능하다는 단점이 있다.
연구팀은 고형 입자 대신 구연산 용액을 폴리머에 혼합한 후 온도조절로 용액을 결정화해 작고 균일한 입자를 분리해내고 이를 에탄올로 녹여냈다. 그 결과 공극 크기가 작고 균일하며 얇은 막 형성이 가능한 새로운 방식의 다공성 폴리머 유연 소재와 제조공정을 개발하는 데 성공했다.
조영호 교수와 윤성현 연구원. KAIST 제공
연구팀이 개발한 소재는 기존 대비 공극 크기를 약 1/15로 줄인 것이 특징이다. 크기 균일도도 2배로 높였다.
스핀 코팅을 통해 21~300마이크로미터(μm) 두께의 얇은 막을 만들 수도 있다.
피부의 하루 땀 발생량(432g/m2)보다 1.8배 높은 수분 투과율(770g/m2)을 가지면서 피부에 장시간 부착해도 피부홍조나 발진이 생기지 않음을 실험으로 검증했다.
조영호 교수는 "고발습 유연 소재 박막 위에 인간의 생체신호를 측정할 수 있는 센서를 집적해 상시 착용이 가능한 반창고형 감정 측정 패치를 개발하고 있다"며 "이번 연구로 피부부착형 웨어러블 소자의 착용 시간을 늘릴 수 있는 계기를 마련했다"고 말했다.