배터리 없이 피부 접촉만으로 생체 정보 감지…

고령자나 장애인에게 빈번히 발생하는 욕창을 배터리 없이 조기에 진단할 수 있는 나노소재 기반 ‘무선 센서 플랫폼’이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 한국전기연구원(KERI) 최명우 박사, 한국화학연구원 조동휘 박사, 국립창원대학교 오용석 교수 공동연구팀은 황화구리(CuS)를 이용한 다기능 센서 플랫폼 기술을 완성했으며, 연구 성과가 재료공학 분야 국제 저명 학술지 Advanced Functional Materials에 표지논문으로 게재됐다.

요양병원이나 재활병원 환자에게 흔한 욕창은 피부에 장시간 압력이 가해져 조직이 손상되는 질환이다. 자세 변경과 위생 관리가 필수지만, 관리 인력 부족으로 실시간 모니터링이 쉽지 않다. 기존에는 배터리 또는 전선이 연결된 단일 압력센서 방식이 주로 사용돼 현장 적용에 한계가 있었다.

공동연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 압력·온도·암모니아 등 생체 가스를 동시에 감지하면서도 무선전력전송(WPT)으로 작동하는 센서 플랫폼을 개발했다. 피부에 부착만 해도 환자의 상태를 자동으로 모니터링할 수 있으며, 별도의 배터리나 전선이 필요 없다.


핵심은 황화구리 기반의 나노소재다. 연구진은 항균성과 살균성이 우수한 황화구리를 3차원 다공성 구조로 구현해 배설물에서 나오는 극미량 암모니아까지 빠르게 감지할 수 있게 했다. 센서 소재는 상용 ‘구리 폼(Cu foam)’을 황(S) 용액에 담그는 단순한 공정만으로 제조할 수 있어, 기존 고가 센서 대비 단가를 17배 이상 낮췄다.

또한, 근거리 무선전력전송 기술을 적용해 스마트폰이나 리더기로부터 전력을 공급받으며 작동한다. 각 센서의 전기적 구조를 정밀 설계해 압력과 가스 변화에 따른 신호 간섭을 최소화했고, 자체 회로 설계와 무선 통신 알고리즘을 통해 안정적이고 선명한 신호 측정이 가능하도록 했다.

연구팀은 김해한솔재활요양병원과 함께 욕창 위험군 환자를 대상으로 임상 유효성을 검증했다. 간호사나 보호자가 스마트폰, 노트북, 태블릿 등으로 피부 상태를 실시간 확인해 욕창을 조기에 예방할 수 있었으며, 환자 관리 효율도 향상됐다.

이번 논문은 Advanced Functional Materials의 ‘Back Cover’로 선정됐다. 해당 학술지는 영향력 지수(JCR Impact Factor) 19, 분야 상위 4.5% 수준으로 평가된다.

KERI 최명우 박사는 “상온에서 외부 에너지원 없이 암모니아만을 선택적으로 감지할 수 있는 고효율 소재를 개발했으며, 이를 무선 센서 플랫폼에 적용한 것은 세계 최초 사례”라며 “학·연·병 협력의 대표적 성공모델로 의미가 크다”고 말했다.

연구팀은 향후 피부 습도, 산성도(pH), 젖산 농도 등으로 진단 영역을 확장하고, 만성 상처 관리와 재활 모니터링 등 다양한 의료 분야로 기술을 확대할 계획이다. 또한 AI 기반 질병 위험 예측 및 병원 클라우드·재택 간병 시스템 연계를 통해 스마트 헬스케어 플랫폼으로 발전시키겠다는 구상이다.