화공생명공학과 박제영 교수 연구팀이 강원대 최봉길 교수, 경희대 황성연 교수 연구팀과 공동연구를 통해 초고속 자가치유가 가능한 신축성 인쇄 착용형 땀 모니터링 센서를 개발하였다. 센서는 유체 역학 공정을 이용해 바이오매스 기반 탄성체/그래핀 잉크를 이용해 제조하였다.

▲ 바이오매스 기반 자가치유 기능 땀-측정 웨어러블 센서 제조과정 및 특성

 웨어러블 실시간 모니터링 시스템의 실용적인 응용은 신체활동 중 센서의 불가역적인 기계적 손상과 파손으로 제한되어 있어, 자가치유 잉크 소재의 개발을 필요로 한다. 본 연구에서는 유체 역학 프로세스를 이용하여 자가치유성, 튼튼함, 전도성을 가지는 잉크를 제조하였다. 이는 자가치유성 고분자인 바이오매스인 구연산으로부터 제조되는 poly(1,4-cyclohexanedimethanol succinate-co-citrate) 에 그래핀을 혼합하는 것에서부터 출발한다. 

이를 이용하여 만들어진 스크린 프린트된 전극은 자체적인 전도성 자가치유를 보여주며, 10번의 절단-치유 주기와 200%의 인장 변형에서도 이를 유지할 수 있었다. 이러한 독특한 특성을 이용하여 자가치유 효율이 높은 고신축성 전기화학적 Na+ 센서를 제조하였고, 신체운동 중 체외 땀의 실시간 모니터링에 적합하며, 기계적 절단 후 자동 복구가 가능하며, 약 12초의 치유 시간을 보여준다는 것을 확인하였다.

이러한 성과는 기계적 탄력성과 안정적인 전기적 성능의 결합이 필요한 기기들 및 바이오 연료전지 등의 상용화에 기여할 것으로 예측된다.

해당 연구성과는 지난 15일, 화학공학 분야의 저명한 국제 전문학술지 Chemical Engineering Journal (Impact factor: 16.744)에 게재되었다.

(1) 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jyp-plastic-research/

 (2) 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140443