고습환경에서도 장시간 안정적 사용 가능…신호 대 잡음비 9배 향상

전북대학교 신소재공학부 이한얼 교수(전자재료공학전공) 연구팀이 고성능과 저잡음을 동시에 구현한 심전도(ECG) 패치를 개발하며, 웨어러블 생체신호 측정 기술의 한계를 뛰어넘었다.

이번 연구는 한국표준과학연구원(KRISS) 및 ㈜바이오프로테크와의 공동연구로 수행되었으며, 세계적 국제학술지 Energy & Environmental Materials (IF 13.0, 분야 상위 7.9%)에 최근 게재되며 국내외 주목을 받고 있다.

기존의 ECG 센서는 심장질환의 조기진단과 실시간 모니터링을 위한 핵심 기술로 주목받아 왔지만, 부착력 저하, 피부 접착 잔여물, 수분 민감도, 전자기 간섭(EMI)에 의한 신호 왜곡 등 다양한 한계를 지니고 있었다.

이한얼 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 하이드로겔 기반의 전도성 전극층과 전자기파 차폐층을 통합한 구조의 ECG 패치를 새롭게 개발했다. 해당 패치는 피부에 밀착성이 높고, 자가치유 기능을 갖추고 있어 반복 사용이 가능하다. 특히, 고습한 환경에서도 안정적으로 부착 상태를 유지하며, 기존 제품보다 장시간의 신호 측정이 가능하다.

전자기파 차폐 성능 2배, SNR(신호 대 잡음비) 9배 향상

차폐층에는 저차원 물질인 MXene이 포함된 하이드로겔을 활용해, EMI 차폐 효율을 기존 대비 약 2배 향상시켰다. 이는 외부 전자기 간섭으로 인한 신호 왜곡을 현저히 줄이는 데 기여했다.

실험 결과, 해당 ECG 센서는 기존 제품 대비 신호 대 잡음비(SNR)를 9배 이상 향상시켜, 고해상도 생체신호 측정 능력을 확보했으며, 실시간 심전도 측정에서도 우수한 안정성을 입증했다.

이 교수는 “EMI 간섭, 수분에 의한 불안정성, 전도성 저하라는 생체 센서의 삼중 한계를 동시에 해결한 것이 이번 연구의 핵심”이라며 “무선 전송 시스템과 결합해 스마트 헬스케어 플랫폼으로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단의 ▲중견연구자지원사업 ▲나노·소재기술개발사업(소재글로벌영커넥트사업)과 KRISS의 연구지원을 통해 수행되었다.

스마트 헬스케어에 대한 수요가 증가하고 있는 가운데, 전북대 이한얼 교수팀의 연구는 고정밀 센싱과 사용 편의성, 지속 사용이 가능한 재료 설계, 전자기 간섭 차단이라는 세 가지 요소를 결합함으로써 향후 실제 의료기기 시장 적용 가능성을 높이고 있다.

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