그래핀 기반 센서, 착용형 의료기기용 감도·유연성 대폭 향상

연구자들이 G-퍼티(G-Putty) 소재, 즉 높은 가소성을 가진 그래핀 혼합 퍼티를 이용해 그래핀 기반 센싱 기술을 개발했습니다. 인쇄된 이 센서는 업계 표준보다 50배 더 민감하며, 유연성이라는 중요한 지표에서 다른 나노 기반 센서들을 능가합니다. 성능 저하 없이 감도와 유연성을 극대화함으로써 이 기술은 신흥 분야인 착용형 전자기기 및 의료 진단 장치의 이상적인 후보가 되었습니다.

연구팀은 저비용 인쇄형 그래핀 나노복합체 변형률 센서를 제작할 수 있음을 입증했습니다. 다양한 점도(흐름성)의 잉크를 만들고 테스트함으로써, G-퍼티 잉크를 인쇄 기술과 용도에 맞게 조절할 수 있음을 확인했습니다. 의료 현장에서 변형률 센서는 맥박수나 뇌졸중 환자의 삼킴 능력 변화 같은 기계적 변형률 변화를 측정하는 귀중한 진단 도구입니다. 변형률 센서는 기계적 변화를 감지해 비례하는 전기 신호로 변환함으로써 기계-전기 변환기 역할을 합니다. 현재 변형률 센서도 있지만, 대부분 금속박으로 만들어져 착용성, 다용도성, 감도 면에서 한계가 있습니다.

연구팀은 G-퍼티를 우수한 기계적·전기적 특성을 가진 잉크 혼합물로 만들었습니다. 이 잉크는 스크린 인쇄부터 에어로졸 및 기계적 증착까지 산업용 인쇄 공정으로 작동 소자로 제작할 수 있습니다. 추가 이점은 제조 공정 중 다양한 매개변수를 제어할 수 있어 미세 변형률 감지가 필요한 특정 용도에 맞춰 소재 감도를 조율할 수 있다는 점입니다.

이 센서 개발은 착용형 진단 장치 분야에서 상당한 진전을 의미합니다. 맞춤 패턴으로 인쇄돼 환자 피부에 편안하게 부착돼 다양한 생물학적 과정을 모니터링할 수 있는 장치입니다. 연구팀은 실시간 호흡 및 맥박, 관절 운동 및 보행, 임신 중 조기 진통 모니터링 등에의 응용을 모색 중입니다. 센서가 높은 감도, 안정성, 넓은 감지 범위를 유연하고 착용 가능한 기판에 맞춤 패턴으로 인쇄하는 능력과 결합하기 때문에, 용도에 맞게 센서를 최적화할 수 있습니다.