전기연, 욕창감지 '무선 생체 센서 플랫폼' 개발

욕창 조기 진단·감염 예방…국제 학술지 표지논문 게재

한국전기연구원(KERI) 최명우 박사 연구팀이 고령자나 장애인에게 빈번하게 발생하는 욕창을 조기 진단 할 수 있는 나노소재 토대로한 '무선 센서 플랫폼' 기술을 개발했다.

이번 연구는 한국전기연구원, 창원대 오용석 교수 연구팀과의 공동 연구로 이뤄졌다.

욕창은 요양 또는 재활병원의 고령 환자나 장애인에게 가장 고통을 주는 질병 중 하나로 지속적인 압력에 의해 피부 조직이 손상되는 질환이다.

특히 거동이 불편한 환자는 피부에 묻은 배설물이 환부를 자극해 욕창을 더 악화시킬 수 있다. 하지만 실제 현장에서는 관리 인력의 부족으로 인해 환자 상태의 실시간 모니터링이 매우 어려운 상황이다.

▲힌국전기연구원 최명우 박사가 이번에 개발한 무선 센서를 자기 팔목에 부착하고 포즈를 취하고 있다. ⓒ한국전기연구원

최근에는 환자의 피부에 대부분 압력만을 측정하는 단일 센서 부착이 주를 이뤘다. 무엇보다 소용량 배터리나 전선에 의한 전원 공급으로 실제 병원 현장에 적용하기에는 많은 어려움이 따랐다.

공동 연구팀은 이에 환자의 압력, 온도, 암모니아 등 다양한 생체 가스를 감지하면서도 무선전력전송으로 편리하게 작동되는 센서 플랫폼을 개발했다.

이 기술은 우수한 향균·살균 효과를 지닌 '황화구리(CuS)'라는 나노물질을 이용해 배설물에서 방출되는 암모니아를 선택적으로 감지하는 것에 더해 피부 감염 예방, 위생 환경 개선 기능까지도 적용된다.

연구팀은 황화구리의 표면을 3차원 다공성 구조로 만들어 인간이 눈으로 확인하기 어려운 저농도 소량의 배설물에서 뿜어내는 암모니아까지 빠르게 탐지도 할 수 있도록 했다.

연구팀은 상용 '구리 폼(Cu foam)'을 단순히 황(S) 용액에 담그는 간단한 방식을 적용해 센서 소재 단가를 기존 대비 17배 이상 크게 낮출 수 있었다.

근거리 스마트폰이나 리더기로부터 전력을 공급받아 센서가 작동하는 무선전력전송 방식도 적용했다.

또 무선으로 다양한 생체 신호를 측정하기 위해 각 센서의 물리적·전기적 구조를 정교하게 설계해 압력·가스 변화에 따른 상호간 신호 간섭을 최소화에 더한 회로 설계와 무선 통신 알고리즘을 독자 개발해 선명하고 안정적인 신호 측정이 가능하게 만들었다.

이번에 개발한 '무선 센서 플랫폼' 기술이 우수성을 인정받아 재료공학 분야 국제 저명 학술지인 'Advanced Functional Materials'에 최근 표지논문(Back Cover)으로 게재됐다.

KERI 최명우 박사는 "가스 중 암모니아만을 선택적으로 감지할 수 있는 무선 센서 플랫폼 기술은 세계 최초의 사례"이라며 "학·연·병이 함께한 대표적인 성공 협력 사례로 큰 의미가 있다"고 말했다.

한국전기연구원은 앞으로 욕창 외에도 피부 습도, 산성도(pH), 젖산 농도 등 진단 영역을 확장하고 다양한 분야에서 만성 상처 관리, 감염 조기 감지, 재활 관리에 무선 센서 플랫폼 기술이 폭넓게 활용될 수 있도록 연구개발을 이어 나간다는 계획이다.

또한 더 나아가 AI 기반의 질병 위험 예측·자동 경고 시스템 개발, 병원 클라우드·재택간병 시스템과의 연계를 통해 산업계와 의료계가 함께하는 스마트 헬스케어 플랫폼으로 발전시킨다는 목표다.