펜실베니아 주립 대학의 과학자들은 다채로운 맞춤형 디자인으로 피부에 직접 칠할 수 있고 건조 후 생체 모니터링을 위한 기능성 전극으로 전환할 수 있는 새로운 전도성 잉크를 개발했습니다. 그들은 PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 새로운 논문에서 그들의 작업을 설명했습니다.
이전에 보고된 바와 같이 임시 문신(e-tattoo)을 통해 피부에 부착된 표피 전자 장치는 10년 이상 존재해 왔습니다. 소위 e-문신은 접착제 없이 피부에 연결되고 사실상 눈에 띄지 않으며 일반적으로 임시 문신을 통해 부착되므로 회로 요소가 내장된 초박형 폴리머를 사용하여 전기 측정(및 온도 및 변형과 같은 기타 측정)이 가능합니다.
그러나 이러한 e-문신에는 한계가 있습니다. 특히 곡면 및/또는 털이 많은 표면에서는 잘 작동하지 않을 뿐만 아니라 생체 신호가 공간적으로 분산되기 때문에 더 넓은 영역을 덮기 위해 개인화된 전극 배치 설계가 필요하다는 점 등이 있습니다. 그래서 과학자들은 창의력을 발휘해 왔습니다. 예를 들어, 2024년에 연구자들은 머리카락이 있어도 뇌파를 측정하기 위해 사람의 두피에 인쇄할 수 있는 특수 폴리머 기반 전도성 잉크를 개발했습니다. 이는 언젠가 다른 잠재적인 응용 분야 중에서 임상 환경 외부의 모바일 EEG 모니터링을 가능하게 할 수 있습니다.
새로운 PNAS 논문의 공동 저자이자 Penn State의 기계 엔지니어인 Larry Cheng은 EEG, ECG(심장 활동용) 및 EMG(근육 수축용)를 포함하여 10년 이상 생체 모니터링 응용 분야를 위한 전극 설계 작업을 해왔습니다. 금속과 같은 단단한 재료를 사용하면 안정적인 생체 모니터가 가능하지만 운동 중과 같이 착용자가 너무 많이 움직일 때 쉽게 이탈됩니다. 하이드로겔은 운동 중에 물을 흡수하고 부풀어오르며 신체 피부와 함께 늘어날 수 있기 때문에 최근 몇 년 동안 대체 재료로 등장했습니다. 그러나 하이드로겔은 오히려 빨리 분해되고 장기간 사용하면 이러한 이점을 잃게 됩니다.
페이스페인팅만큼 쉬움
땀이나 머리카락도 생체신호 기록의 정확도를 떨어뜨릴 수 있습니다. 그 이유는 상업용 전극이 조립식으로 제작된 후 피부에 부착되어 센서 판독값을 약화시키는 공극을 만들기 때문입니다. Cheng et al. 이 문제를 해결하기 위해 전도성 잉크를 개발하기로 결정했습니다. 그들은 수성 에탄올/폴리비닐 알코올 용액에 여러 종류의 폴리머와 산성 첨가제를 함께 혼합했습니다. PEDOT:PSS(일명 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜): 폴리(스티렌 설포네이트))는 잉크 유연성을 제공하는 가소제 역할도 하는 DBSA(4-도데실벤젠설폰산)와 함께 전기 전도성을 제공합니다.
이 주제에 대해 더 알고 싶다면 아래를 참고하세요
