스티커처럼 피부에 붙이면 심전도·심박수 측정 'OK'

국내 연구진이 스티커처럼 피부에 붙이면 심장 박동수와 심전도 등 생체 신호 정보를 정확하게 측정해 저장하는 신축성 웨어러블 메모리 소자를 개발했다.

서울대 화학생물공학부 김대형 교수팀(기초과학연구원 나노입자연구단)은 1일 빽빽하게 자가조립된 금 나노입자(AuNP)를 정보저장 층으로 사용하고 수백나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 두께의 단결정 실리콘을 신축성 플라스틱 기판 위에 전사하는 공정으로 피부에 붙이는 생체신호 측정·저장 소자를 만들었다고 밝혔다.

이 연구 결과는 과학저널 '사이언스'(Science)의 자매지인 '사이언스 어드밴스'(Science Advances, 1월 1일자) 온라인판에 게재됐다.

최근 착용형 건강관리 기기가 주목 받으면서 센서와 디스플레이 등 다양한 전자소자가 신축성 기판 위에 제작되고 있으나 저장 장치인 플래시 메모리는 대부분 딱딱하고 부러지기 쉬운 두꺼운 단결정 실리콘 기반으로 제작돼 유연한 기판 위에 구현하기가 어려웠다.

김 교수팀은 수백나노미터 두께의 얇은 단결정 실리콘 나노박막(SiNM)을 잘 늘어나는 신축성 플라스틱 기판 위에 전사하는 공정을 사용해 20%정도 늘어나도 성능이 유지되는 신축성 웨어러블 플레시 메모리를 만들었다.

특히 정보를 저장하는 층으로는 기존의 금 나노 박막 대신 금 나노입자를 사용해 저장된 정보가 더 오래 유지되도록 하는 등 저장 효율을 높인 고성능 플레시 메모리를 구현했다.

이 신축성 웨어러블 플래시 메모리는 0∼20%의 변형을 가하면서 작동할 때에도 정보를 저장했다 지웠다 하는 동작에 문제가 없었고 2천회까지 변형을 가해도 저장성능에 변화가 거의 없는 것으로 확인됐다.

연구진은 또 웨어러블 플래시 메모리에 심전도(ECG) 센서와 증폭기를 추가, 손목에 붙여 심박수를 측정할 수 있는 측정·저장 소자를 제작했다.

이 측정·저장용 소자에는 운동 전후 심박수 변화가 시간 정보와 함께 측정돼 저장됐으며 이 정보가 6시간 이상 그대로 유지된 것으로 나타났다.

김 교수는 "이 연구는 플래시 메모리와 센서, 증폭기까지 모두 신축성 있는 고성능 실리콘 기반 웨어러블 소자로 구현할 수 있고 신뢰도 높은 작동 성능을 얻을 수 있음을 보인 것"이라며 "늘어나고 구부릴 수 있는 이 소자 기술이 다양한 웨어러블 헬스케어 모니터링 전자소자에 응용될 것으로 기대한다"고 말했다. 

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