새 연구: 웨어러블 의료 기기를 위한 전례 없는 유연성과 내구성을 가진 바이오전극 개발

Seoul헬스케어와 피트니스 산업은 신체 신호를 지속적으로 추적할 수 있는 웨어러블 디바이스 덕분에 빠르게 변화하고 있습니다. 2033년까지 이러한 장치는 미화 5720억 6000만 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 하지만 현재의 생체 전극은 유연성이 부족하고 통기성이 떨어져 장시간 착용 시 불편합니다.

도쿄공업대학의 연구진, 호리 타츠히로 조교수와 후지에 토시노리 부교수를 포함한 팀이 기존의 문제를 해결하기 위해 새로운 바이오전극 재료를 개발했습니다. 이 재료는 NPG Asia Materials에 설명되어 있으며, 신축성이 있고 공기를 통과시키며 피부에 밀착되는 특징을 가지고 있습니다. 여기 몇 가지 주요 특징이 있습니다:

전도성 섬유 네트워크로 구성되어 있으며, 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)로 만들어졌습니다. 신축성 있는 폴리스티렌-부타디엔-스타이렌(SBS) 나노시트 위에 지지되고 있습니다. 여러 층으로 구성하여 두께를 최소 431 nm까지 구현할 수 있습니다. 주요 특성으로는 유연성, 습기 투과성, 내구성이 있습니다.

호리 씨는 전극이 자가 지지 기능을 가지고, 신축성과 통기성이 있으며, 피부에 잘 밀착되면서 움직임을 제한하지 않는 것이 필요하다고 설명합니다.

연구팀은 SWCNTs를 물 기반 혼합물로 사용하여 SBS 나노시트에 층층이 적용했습니다. 이로 인해 생체전극은 신축성과 통기성을 동시에 갖추게 되었습니다. SWCNTs 층을 추가할수록 재료는 더욱 강해졌으며, 1층에서의 탄성 계수는 48.5 MPa였으나 3층으로 늘리면 60.8 MPa, 5층에서는 104.2 MPa에 도달했지만 유연성은 유지되었습니다.

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코팅되지 않은 SBS 나노시트와 한 층 혹은 세 층의 SWCNTs 코팅이 된 나노시트는 변형되기 전까지 본래 길이의 380%까지 늘어날 수 있습니다. 이는 30% 미만 신장하면 파손되는 금 같은 금속 전극보다 상당히 우수합니다.

생체 전극의 중요한 요구 사항 중 하나는 땀의 생성을 억제하는 것입니다. SWCNT 네트워크의 섬유 구조는 고체 필름보다 공기가 더 잘 통과할 수 있도록 합니다. 실험 결과, SWCNT 3rd-SBS의 수증기 투과율은 2시간 동안 28,316 g/m²로 나타났으며, 이는 일반 피부의 두 배에 해당합니다.

내구성 테스트 결과, 이 생체전극이 강력함을 보여주었습니다. 연구팀은 인공 땀 속에 이를 넣고 여러 번 구부린 결과, 저항이 약간만 증가했음을 확인했습니다(땀 속에서 약 1.1배, 300번 구부린 후 약 1.3배). 게다가, SWCNT 3차원-SBS 나노시트는 열 번 문질러도 제자리를 유지하여 장기 사용에 적합함을 입증했습니다.

이 최신 기술은 생체 전극을 더욱 편안하고 내구성 있게 만들며, 정확성을 향상시킬 수 있습니다. 연구자들과 개발자들은 이러한 변화에 주목해야 합니다. 이는 착용형 건강 기기의 기본적인 문제를 해결하기 때문입니다. 이러한 개선은 건강 모니터를 더욱 신뢰할 수 있고 오래 지속되게 만들어, 사용자와 의료 분야 모두에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다.