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국내 연구팀이 피부 속에 삽입해도 몸이 거부 반응을 일으키지 않는 전극을 개발했다.땀이나 탈수 등 외부 환경 변화에도 생체신호를 안정적으로 측정할 수 있어 웨어러블 기기의 근본적 문제를 해결할 기술로 평가된다.

포스텍은 임근배 기계공학과 교수팀이 통증과 염증을 최소화하면서 안정적으로 생체신호를 측정하는 '진피형 바이오 전극(Dermal electronics)'을 개발했다고 17일 밝혔다.연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 지난 1월 22일 표지 논문(Front Cover)으로 게재됐다.

스마트워치로 심박수를 측정하고 패치 하나로 혈당을 확인하는 시대가 되면서 웨어러블 기기는 일상 속 건강 관리 도구로 자리 잡았다.

하지만 전극 기술은 여전히 구조적 문제를 안고 있다.피부 표면에 붙이는 '표피형 전극'은 사용이 간편하지만 땀,추천 코드건조함,추천 코드움직임 등의 영향으로 신호가 쉽게 불안정해진다.피부에 삽입하는 '미세침 전극'은 신호 정확도는 높지만 단단한 구조로 인해 조직 자극과 염증 반응을 유발할 수 있다.

연구팀이 개발한 전극은 삽입 순간에는 바늘처럼 단단해 피부 각질층을 통과하고 진피층에 도달하면 부드러운 구조로 변한다.전극은 피부를 뚫을 때는 단단한 소재로 감싸져 있다가 진피층에 도달하면 해당 소재가 물과 반응해 거품을 내며 녹아 없어진다.남는 것은 얇고 유연한 필름 전극뿐이다.유연해진 전극은 주변 세포·조직에 가해지는 기계적 스트레스를 최소화한다.

연구팀은 쥐 실험 모델과 사람을 대상으로 한 실험을 통해 장기간 삽입 상태에서도 조직 손상이나 면역 반응이 거의 발생하지 않는다는 점을 확인했다.쥐 피부에 전극을 삽입하고 최대 7일간 조직 변화를 추적한 결과 기존 미세침 전극과 달리 염증 세포가 거의 나타나지 않았다.

사람을 대상으로 한 실험에서는 건강한 성인 16명의 전완부에 전극을 부착해 불편감을 측정했다.19일간 연속 착용 시험에서도 피부 자극이나 조직 손상이 관찰되지 않았다.

진피층에 안정적으로 위치한 전극은 외부 환경 변화에도 영향을 받지 않아 땀,추천 코드탈수 상태,추천 코드장시간 착용 조건에서도 신호 정확도가 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다.

임 교수는 "의료 진단 기기뿐만 아니라 생체 데이터를 정밀하게 수집해 AI와 결합하는 차세대 '피지컬 AI' 기술로도 확장될 수 있다"며 "단순한 건강 측정을 넘어 인간의 생체 정보를 지속적으로 이해하고 활용하는 새로운 데이터 기반 기술의 출발점이 될 것"이라고 말했다.

<참고자료>
doi.org/10.1002/adma.202509719


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