반창고처럼 피부에 붙이는 혈압 측정 소자 개발

작성일 07-09

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 고승환 서울대 기계공학부 교수 연구팀 
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 실시간 연속혈압측정이 가능한 웨어러블 전자소자의 원리 및 주요 특성./서울대 공과대학
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 고승환 서울대 공과대학 기계공학부 교수 연구팀이 반창고처럼 피부에 부착해 혈압을 실시간으로 측정할 수 있는 웨어러블 전자소자를 개발했다. 연구 결과는 국제 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 기잔 6월 실렸다.
 전 세계적으로 고혈압 환자는 약 13억명에 달한다. 이 중 21%만 본인의 혈압을 제대로 추적 관찰한다. 비율이 낮은 건 혈압을 재는 기존 커프(Cuff) 방식의 비효율 때문이다. 커프 방식은 팔에 공기주머니를 감아 압력을 가한 뒤 혈압을 재는데, 측정이 일회성에 그쳐 연속적인 측정이 어렵고 환자가 부정확한 위치에서 측정하거나 심리적으로 긴장하면 측정 정확도가 저하되기도 한다.
 연구팀은 심장에서 동시에 발생하는 전기적 신호(심전도)와 기계적 신호(맥박)가 손목에 도달하는 시간이 혈압에 따라 달라지는 점에 착안해, 연속 혈압 모니터링 기술을 고안했다. 전기적 신호는 심장이 뛰는 순간 신체를 따라 빠르게 전달되기 때문에, 거의 즉시 손목에서 감지된다. 반면, 기계적 신호는 심장이 수축하며 혈액이 밀려오는 과정에서 전달이 지연되므로, 심장이 뛴 후 손목 피부가 미세하게 움직이기까지 어느 정도의 시간이 걸린다.
 이 시간차는 혈압과 직접적으로 연관되어 있는데, 혈압이 높으면 혈류 속도가 빨라져 두 신호의 도달 시간 차이가 짧아지고, 반대로 혈압이 낮으면 차이가 더 길어진다. 연구팀은 이 원리를 바탕으로 매 심장박동마다 두 신호를 정밀하게 감지하고 그 결과를 분석해, 수축기·이완기 혈압을 연속 측정하는 모델을 구현했다.
 혈액의 흐름에 따라 나타나는 피부의 미세한 변화를 포착하기란 쉽지 않다. 이에 연구팀은 다음 단계로, 액체금속(Liquid Metal)이라는 독특한 소재를 활용해 환자의 피부에 자연스럽게 밀착되는 전자소자를 고안했다. 상온에서도 액체 상태를 유지하면서 전기가 잘 흐르는 액체금속은 마치 피부처럼 늘어나는 특성도 지녀 이 전자소자의 소재로서 적합했다.
 연구팀은 액체금속으로 회로를 정밀하게 그리기 위해 ‘레이저 소결’이라는 독자적인 공법을 고안했다. 미세하게 분산된 액체금속 입자를 순간 레이저로 가열해 서로 융합시키는 이 방식을 활용하면, 원하는 특정 위치에만 회로를 그릴 수 있었다.
 이렇게 개발한 전자소자는 전기적·기계적 성능이 모두 우수해, 심장에서 유래한 심전도와 맥박을 모두 정밀하게 측정할 수 있다. 또한 연구팀은 실험을 통해 소자가 원래 길이의 700%까지 늘어나거나, 1만 번 이상 반복해 늘어나도 성능이 유지됨을 확인했다. 더불어 실제 운동 전후에 나타나는 혈압의 급격한 상승 및 회복 과정을 연속 측정하는 데 성공했다.
 연구를 이끈 고승환 교수는 “이번 연구성과는 혈압 측정은 귀찮고 번거롭고, 하루에 한 번 정도면 충분하다는 기존 인식을 전환시킬 것”이라며 “특히 비침습적 방식으로 신체의 생리 신호를 일상에서 실시간 감지하고 해석할 수 있는 헬스케어 인터페이스를 제시했다는 점에서 그 의미가 크다”고 밝혔다.
 참고 자료
 Advanced Functional Materials(2025), DOI : https://doi.org/10.1002/adfm.202505089
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