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몸 안에 전력을 공급할 수 있는 피부형 마이크로 LED 패치 개발간단한 패치 형태로 인체삽입 기기에 능동적 전력공급 기술 개발
김민선 기자 | 승인 2020.07.08 13:17

간단한 패치 형태로 옷 속이나 야간에도 빛을 매개로 인체삽입 헬스케어 기기에 능동적으로 전력을 공급할 수 있는 기술이 개발됐다.

지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 기계공학부 이종호 교수 연구팀이 피부에 직접 부착해 인체 내 전력 전송을 위한 유연한 마이크로 LED 패치를 개발했다고 밝혔다. 

이번 연구성과로 향후 안정적인 전력 공급을 통해 수명 연장과 삶의 질을 높일 수 있는 다기능 고성능 삽입용 헬스케어 기기 개발 뿐 아니라 마이크로 LED 패치는 피부에 부착해 치료 및 미용 용도로도 활용 가능할 것으로 기대된다.

인체 내 전력량 부족 문제는 다기능 고성능 인체삽입 헬스케어 기기 출현의 가장 큰 제약 중 하나로 꼽힌다. 이를 위해 최근에 주변 빛을 흡수해 발전할 수 있는 인체 삽입 태양전지 관련 연구가 진행되고 있으나 실내, 야간, 또는 삽입된 부위가 옷으로 가려질 경우 광량이 부족해 충분한 전력을 생산할 수 없다는 한계가 있다.

이종호 교수 연구팀이 이번에 개발한 마이크로 LED 패치는 피부에 직접 부착해 태양전지가 통합된 인체 삽입 기기에 능동적으로 전력을 공급 할 수 있다.

연구팀은 적색 및 근적외선 영역의 빛이 상대적으로 생체 조직 투과율이 높다는 사실에 기반해 적색 마이크로 LED 패치를 제작했다. 패치에서 발생시킨 빛은 생체 조직을 투과하고 태양전지에 도달해 광전류를 생성시킨다.

이러한 능동적인 과정은 날씨, 실내, 야간에 관계없이 생체 내에서 전력 공급이 가능하게 한다. 패치는 복잡한 회로 없이 시중에서 쉽게 구할 수 있는 건전지를 이용해 구동할 수 있다.

피부 부착 시 발생할 수 있는 이물감, 화상, 땀 문제를 해결하기 위해 설계 및 제작 과정을 개발했다. 얇은 필름 위에 유연성 향상을 위한 연결선과 땀구멍을 설계했다. 또한 상대적으로 넓은 히트싱크에 박막 마이크로 LED를 직접 본딩하는 방법으로 패치를 제작했다. 마이크로 패치는 3mm의 반지름으로 반복적으로 굽혀도 부서지지 않으며 피부에 부착시 온도는 저온화상의 기준 이내인 41.2°C 이하로 유지 됐다.

동물 실험을 통해 쥐 피부에 부착된 마이크로 LED 패치는 피하에 삽입된 작은 면적의 태양전지에 8.2 μW의 전력을 공급할 수 있다는 것을 확인했다. 이는 이미 일부 상용 심박 조율기를 구동할 수 있는 전력이며 면적을 늘리는 간단한 방법만으로도 전력량을 더욱 증가 시킬 수 있다.

이종호 교수는 "이번 연구의 성과물인 빛을 매개로한 능동적 전력 공급 방법은 간단하면서도 필요시 언제나 인체에 전력을 공급할 수 있어 인체의 기능을 보조하는 새롭고 다양한 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

지스트이종호 교수(교신저자)가 주도하고, 김주호 박사(제1저자)가 수행한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 지스트 연구원의 지원으로 수행됐으며, 관련 논문은 미국국립과학원회보인 PNAS에 현지시간으로 지난 6일(현지시간) 온라인 게재됐다.  

김민선 기자  pprt01@kmdia.or.kr

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