가끔 건강상태를 확인하기 위해 병원에서 건강검진을 받을 때 반드시 포함된 검진과목 중 하나가 심전도와 심박수 측정이다. 가슴과 손목, 발목을 차가운 알코올 솜으로 소독한 뒤 장치를 붙일 때 냉기 때문에 자신도 모르게 움찔할 때가 있다. 그런데 국내 연구진이 이런 불편함을 없애고 손쉽고 정확하게 심전도, 심박수를 측정할 수 있도록 일반적으로 사용되는 프린터로 인쇄해 심박수, 심전도 측정이 가능한 전자섬유를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소 연구진은 원하는 전극을 잉크젯 프린터로 인쇄한 뒤 그 위에 반도체가 코팅된 전극 실을 굴려주는 비교적 간단한 방식으로 트랜지스터, 광다이오드 같은 섬유형 전자소자를 개발할 수 있다고 24일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘ACS 나노’에 실렸다.

일반적으로 반도체, 전극, 절연막 등 층으로 구성된 광전자소자는 전극의 크기와 구조에 따라 소자 성능이 크게 달라진다. 입을 수 있는 웨어러블 디바이스를 만들기 위한 섬유형 전자소자는 쉽게 휘어져야 하고 얇은 실 위에 소자를 만들어야 하기 때문에 실의 두께보다 크게 만들 수 없다. 이 때문에 지금까지는 실이나 천 위에 원하는 소자를 만들기가 쉽지 않았다.

이에 연구팀은 하이드로젤 위에 프린트한 탄소나노튜브(CNT) 전극은 물에 떠 있는 것과 같아 그 위에 섬유를 굴리면 전극구조의 손상 없이 섬유표면으로 옮길 수 있을 것이라고 예측했다. 실제로 연구팀은 반도체층과 CNT 전극의 손상 없이 고성능 섬유형 소자를 만드는데 성공했다. 이번에 개발한 CNT 전극이 감싸진 섬유형 트랜지스터는 1.75㎜ 구부림 반경까지 극단적인 상태로 구부려도 성능이 80% 이상 안정적으로 유지됐다.또 연구팀은 CNT 전극의 반투명 특성을 활용해 섬유형 광다이오드도 만들었는데 넓은 가시광선 영역의 빛을 감지할 수 있는 것이 확인됐다. 섬유형 광다이오드를 LED 소자와 함께 천에 삽입해 골무나 장갑처럼 만들어 끼우면 손끝에서 흐르는 혈액양의 변화를 측정할 수 있다. 빛을 혈관에 비춰 혈액 양에 따라 달라지는 빛의 세기를 광센서를 이용해 측정하는 심장박동 측정법인 ‘광혈류측정’(PPG)로 사용할 수 있음을 확인한 것이다.

임정아 KIST 박사는 “이번에 개발한 손가락장갑형태 심박수 측정기는 현재 쓰고 있는 집게형 심박수 측정기를 대체함으로써 측정자의 불편함을 줄이고 언제 어디서나 실시간으로 심박수를 손쉽게 측정할 수 있다”라며 “실용화를 위해 소자 성능의 향상과 환경안정성, 내구성, 소비전력 등 개선을 위한 추가 연구를 진행할 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr