향후 접착력 자유롭게 조절하는 다양한 기술로 확장 기대
포스텍 연구팀이 붙일 때는 단단하게 고정되면서도 뗄 때는 피부 손상을 최소화할 수 있는 의료용 접착패치를 개발했다.
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| ▲ 포스텍 기계공학과 김진태 교수(왼쪽 사진부터), 포스텍 기계공학과 김석 교수, 포스텍 통합과정 김우현 씨, 포스텍 통합과정 정혜인 씨, 미국 텍사스텍대 손창희 교수. [포스텍 제공] |
포스텍은 기계공학과 김진태·김석 교수, 통합과정 김우현·정혜인 씨 연구팀이 미국 텍사스텍대 손창희 교수, 노스웨스턴대 존 로저스 교수 연구팀과 함께 붙일 때는 '착' 달라붙지만 뗄 때는 쉽게 떨어지는 의료용 접착패치를 개발했다고 16일 밝혔다.
이 연구 성과는 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인판에 게재됐다.
심장 박동이나 호흡을 측정하는 의료 모니터링 기기는 잘 떨어지지 않는 것이 중요하다. 이 때문에 기존 의료용 접착제는 '얼마나 잘 붙느냐'에만 초점을 맞춰왔다. 그러나 문제는 뗄 때 발생한다. 강하게 붙어 있는 만큼 떼어낼 때 피부에 큰 힘이 가해지기 때문이다.
피부가 여린 경우 부착과 제거를 반복하면 피부 자극과 표피 손상, 심하면 피부가 벗겨지는 문제가 생긴다. 의료계에서는 이를 '의료용 접착제로 인한 피부 손상(MARSI)'이라 부른다.
연구팀은 '형상기억고분자(SMP)'라는 소재를 통해 잘 붙으면서도 잘 떨어지는' 접착제'의 해법을 찾았다. 이 소재는 원래 형태를 기억하고 있다가 특정 온도가 되면 본래 모습으로 되돌아가는 성질을 지녔다.
연구팀은 접착패치 표면에 아주 작은 피라미드 모양 돌기를 촘촘히 새겼다. 평소에는 이 피라미드가 납작하게 눌린 상태로 피부와 넓게 맞닿아 단단히 붙어 있다가 떼어내야 할 때 열을 가하면 납작했던 피라미드가 원래의 뾰족한 모습으로 되살아나면서 피부와 닿는 면적이 확 줄어든다.
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| ▲ 형상기억고분자 기반 접착패치 모식도. [포스텍 제공] |
실험 결과는 놀라웠다. 열을 가한 뒤에는 접착 에너지가 최대 99%까지 줄었고 사용 중에는 안정적으로 잘 붙어 있었다. 3차원 영상 분석을 통해 접착패치를 뗄 때 피부 속에서 일어나는 변형을 들여다본 결과 형상이 되살아난 상태에서는 피부에 가해지는 힘과 변형이 크게 줄어든다는 사실을 확인했다.
여기에 종이접기(키리가미) 구조를 도입해 팔꿈치나 관절처럼 굴곡진 부위에도 잘 붙도록 했고 땀이 잘 배출되도록 통기성도 높이고, 무선 센서와 결합해 실제 신호를 안정적으로 측정하면서 열을 가하면 손쉽게 떼어낼 수 있음을 검증했다.
이 기술은 병원 현장에서 빛을 발할 전망이다. 매일같이 센서를 붙였다가 떼야 하는 신생아 중환자실이나 노인 병동에서 피부 손상 걱정을 크게 덜어줄 것으로 기대된다.
김진태 교수는 "소재 자체를 바꾸는 것을 넘어 피부, 기기 사이의 힘을 제어해 안정적인 부착과 저자극 제거를 동시에 구현했다"고 말했다.
김석 교수는 "형상기억고분자의 미세구조를 활용해 사용 중에는 견고하게 부착되고 필요할 때는 쉽게 제거될 수 있도록 접착 특성을 능동적으로 전환했다는 점에서 기존 의료용 접착 기술과 차별화된다"고 밝혔다.
텍사스텍대 손창희 교수는 "안정적인 부착과 저자극 제거를 함께 구현한 만큼, 앞으로 필요에 따라 접착력을 자유롭게 조절하는 다양한 기술로 확장될 것"이라고 전망했다.
KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr
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