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몸속 헬스케어 기기에 빛으로 전기 공급하는 '에너지 패치' 나왔다

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몸속 헬스케어 기기에 빛으로 전기 공급하는 '에너지 패치' 나왔다

2020.07.07 09:00
마이크로LED패치 개요. GIST 제공.
마이크로LED패치 개요. GIST 제공.

피부에 부착하면 인체에 삽입하는 헬스케어 기기에 전력을 공급하는 마이크로 발광다이오드(LED) 패치가 개발됐다. 

 

광주과학기술원(GIST)은 이종호 기계공학부 교수 연구팀이 피부에 직접 부착해 인체 내 전력을 전송하는 유연한 마이크로 LED 패치를 개발했다고 6일 밝혔다. 이번 연구로 인체에 삽입하는 헬스케어 기기에 안정적으로 전력을 공급할 수 있을 것으로 기대된다. 

 

인체에 삽입하는 헬스케어 기기의 대표적인 사례는 심박 조율기다. 심장의 부정맥을 치료하는 데 쓰이는 심박 조율기는 주기적인 전기 자극이 필요하다. 지속적이고 안정적으로 전력을 공급해야 한다는 의미다. 

 

심박 조율기와 같은 삽입형 헬스케어 기기에 전력을 공급하기 위해 주변 빛을 흡수해 발전할 수 있는 인체 삽입 태양전지 등이 연구되고 있지만 실내나 야간, 또는 옷으로 가려질 때 빛 양이 부족해 충분한 전력을 생산하지 못하는 한계가 있다. 

 

이종호 교수 연구팀이 이번에 개발한 마이크로LED 패치는 피부에 직접 부착해 태양전지가 통합된 인체 삽입 기기에 능동적으로 전력을 공급할 수 있는 게 특징이다.

 

연구팀은 적색 및 근적외선 영역의 빛이 상대적으로 생체 조직 투과율이 높다는 사실에 착안해 적색 마이크로 LED 패치를 제작했다. 패치에서 발생시킨 빛을 생체 조직을 투과하고 태양전지에 도달해 광전류를 생성시킨다. 날씨나 실내, 야간에 관계없이 생체 내에서 전력 공급이 가능하다. 

 

연구팀은 또 피부 부착시 발생할 수 있는 이물감이나 땀 문제 등도 해결했다. 얇은 필름 위에 유연성을 확보하기 위한 연결선과 땀구멍을 설계했다. 열을 효율적으로 제거하기 위한 형상 구조에 두께 4㎛(마이크로미터·100만분의 1미터)의 박막 마이크로 LED를 직접 부착하는 방식으로 패치를 제작했다. 

 

이렇게 제작한 마이크로 패치는 반지름 3mm 크기로 반복적으로 굽혀도 부서지지 않으며 피부 부착시 온도는 저온화상 기준(6시간 동안 44도 이하) 이내인 41.2도로 유지됐다. 

 

연구팀은 동물실험을 통해 쥐 피부에 부착된 마이크로 LED  패치가 피하에 삽입된 작은 면적의 태양전지에 8.2마이크로와트의 전력을 공급하는 데 성공했다. 일부 상용 심박 조율기를 구동할 수 있는 전력으로 면적을 늘리는 간단한 방법만으로 전력략을 높일 수 있다. 

 

이종호 교수는 “빛을 매개로 한 능동적 전력 공급을 통해 인체 기능을 보조하는 다양한 기술 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 연구결과는 미국국립과학원회보(PNAS) 7월 6일자 온라인판에 게재됐다. 

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