붙을 땐 단단히, 뗄 땐 쉽게···포스텍, 의료용 접착패치 개발

포스텍 연구팀이 개발한 의료용 접착패치의 작동 원리. 열을 가하면 패치 표면의 미세 구조가 솟아오르면서 피부와 닿는 면적이 줄어 접착력이 낮아진다. 포항공대 제공

피부에는 단단히 붙어 있으면서도 필요할 때 쉽게 떼어낼 수 있는 의료용 접착패치 기술이 개발됐다.

포항공대(POSTECH)는 김진태·김석 기계공학과 교수와 김우현·정혜인 통합과정생 연구팀이 미국 텍사스텍대·노스웨스턴대 연구진과 함께 피부 손상을 줄일 수 있는 접착패치를 개발했다고 16일 밝혔다.

심장 박동이나 호흡 등을 측정하는 의료용 센서는 피부에서 쉽게 떨어지지 않아야 한다. 하지만 접착력이 강할수록 떼어낼 때 피부에 큰 힘이 가해진다. 특히 신생아나 고령자, 중환자처럼 피부가 약한 사람은 패치를 반복해서 붙였다 떼는 과정에서 피부 자극이나 표피 손상을 입을 수 있다.

연구팀은 열을 가하면 원래 모양으로 돌아가는 ‘형상기억고분자’에 주목했다. 패치 표면에 아주 작은 피라미드 모양 돌기를 촘촘히 만든 뒤, 평소에는 이를 눌러 피부와 넓게 맞닿도록 했다.

패치를 떼어낼 때 열을 가하면 눌려 있던 돌기가 다시 솟아오른다. 피부와 닿는 면적이 줄면서 접착력도 함께 떨어지는 원리다. 사용 중에는 단단히 붙어 있고 제거할 때만 접착력을 낮출 수 있는 것이다.

실험 결과 열을 가한 뒤 접착 에너지는 최대 99% 감소했다. 반면 사용 중에는 의료센서를 안정적으로 지탱할 만큼의 접착력을 유지했다. 연구팀은 3차원 영상 분석을 통해 패치를 떼어낼 때 피부에 가해지는 힘과 변형도 크게 줄어드는 것을 확인했다.

굴곡진 부위에 잘 붙도록 종이 오리기 방식의 ‘키리가미’ 구조도 적용했다. 팔꿈치나 관절처럼 움직임이 많은 부위에서도 피부를 따라 유연하게 붙을 수 있도록 한 것이다. 땀이 빠져나갈 수 있는 통로도 만들어 통기성을 높였다.

연구팀은 패치를 무선 센서와 결합해 호흡과 심장 활동, 기침, 발성 등 생체신호를 측정하는 실험도 진행했다. 센서는 사용 중 안정적으로 신호를 측정했고, 열을 가한 뒤에는 피부에서 쉽게 떨어졌다.

연구팀은 이번 기술이 의료센서를 자주 붙였다 떼야 하는 신생아 중환자실이나 노인 병동뿐 아니라 상처 드레싱과 피부 부착형 웨어러블 기기 등에도 활용될 수 있을 것으로 보고 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.

김진태 교수는 “피부와 기기 사이에 작용하는 힘을 조절해 안정적인 부착과 저자극 제거를 동시에 구현했다는 데 의미가 있다”고 말했다.