Special Issue  ______  차세대 바이오 패치 구조체 개발

공유하기  

   

웨어러블 기기를 입는다? 이제는 붙인다!

웨어러블 기기, 지금은 붙이는 시대

가정에서만 사용했던 컴퓨터와 전화기가 이동성을 부여받고, 손으로 들고 다니는 스마트 폰이 되었다. IT 기술은 이동성을 부여한 기기에 또 한 번 혁신을 불러일으켰다. 바로, 입을 수 있는 스마트 기기인 ‘웨어러블 기기’다. 웨어러블 기기란 안경이나 손목시계, 밴드형 기기로, 스마트 폰이나 태블릿과 무선으로 연동해 사용하는 것을 말한다.
현재 세계 웨어러블 기기 시장 규모는 점점 커지고 있어, 2018년이면 190억 달러까지 성장할 것으로 예상한다. 많은 기업이 앞 다투어 웨어러블 기기를 출시하면서 다양한 제품이 개발되고 있다. 최근에는 손목이나 얼굴, 손가락에까지 장착할 수 있는 제품으로도 출시된 상태다.
그동안 전 세계 연구진들은 사람 생체표면에 달라붙는 웨어러블 기기 개발을 위해 노력해 왔지만, 패치를 생체표면에 달라붙게 하려고 얇게 만들다 보니 기계 안정성이 급격히 떨어지는 한계가 있었다. 이로 인해 막이 쉽게 찢어지거나 말려, 한 번 부착하면 위치를 옮기거나 떼기가 힘들어 일회용으로 밖에 사용하지 못했다.
ETRI는 이러한 문제점을 해결할 수 있는 기계 안정성이 우수하면서, 접촉성이 좋아 울퉁불퉁한 마이크로미터(㎛) 단위의 세포 수준에도 달라붙는 패치 구조체 개발에 성공했다. 이로써 패치와 피부 간 신호와 물질 전달이 잘 이루어져 향후 생체진단 신뢰도나 약물 패치 성능이 획기적으로 증가할 것으로 보인다.

마음대로 붙였다 떼는 웨어러블 패치

ETRI는 기존 생체표면에 달라붙는 웨어러블 기기의 문제점 해결을 위해 액체가 고체에 젖어 들어가며 정밀한 접촉이 이뤄지는 현상에 착안했다. 고체와 고체 사이에서도 젖는 현상이 일어날 수 있다고 보고, 이를 ‘젖음현상(Wetting)’이라 정의하고, 현상을 규명했다.
ETRI는 기계 안전성과 우수한 ‘젖음현상’을 동시에 구현하기 위해서 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA)라는 고분자 소재를 사용했다. 이를 이용해 임프린트 기반으로 서로 다른 크기를 갖는 구조들이 공존하는 박막을 제작했다.
젖음성이 뛰어난 얇은 나노 박막과 젖음성은 적지만 얇은 박막을 지탱할 수 있는 마이크로 박막들을 계층적으로 위치시켜 500마이크로미터에서 800나노미터 까지, 3층 계층 구조 박막을 만들었다. 3층 계층 구조 박막 구조는 멀티스케일 구조여서 처음에 규명하고자 했던 높은 접촉성능과 기계 안전성을 모두 갖는 설계 원리를 도출할 수 있었다. 또, 기존 패치는 일회용으로 밖에 사용하지 못했지만, 이번 기술 개발에 성공한 패치는 탈부착이 쉽고 재사용이 가능하고, 세포 수준이 거칠어도 빈틈없는 접촉이 가능했다.
또한, 이번 성과는 특정 재료나 환경에 한정된 것이 아닌 일반적인 설계 원리를 규명한 것이다. 이에 따라 피부뿐만 아니라 붙이는 대상이 다르거나 아크릴레이트(PUA)와 다른 재료가 바뀌어도 구조체를 설계하는 데 문제가 없다. 즉, 맞춤형 설계가 가능한 것이다. ETRI는 맞춤형 설계가 가능한 것을 증명하기 위해 대략 1cm x 1cm 크기의 26마이크로미터 두께 패치를 제작했고, 손가락 위에 올려두니 찰싹 달라붙었다. 나노 수준의 접촉이어서 눈에 보이지는 않지만, 물에 젖듯이 붙는 것을 알 수 있었다.