스마트폰 등 디지털 기기가 필수품을 넘어 현대인의 생활 전반을 지배하면서 손가락 끝과 목 뒤가 뻐근해지거나, 거북목 증후군, 목 디스크 등 소위 ‘스마트폰 증후군’을 호소하는 사람이 늘고 있다. 특히, 손가락이나 손목에 생기는 관절질환은 손을 사용해서 생기는데 관절 손상이 심할 경우 손가락 변형까지 올 수 있어 방치하면 안 된다.

15일 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 화학공학과 조길원 교수, 이기원박사 연구팀은 울산대 화학과 이승구 교수와의 공동 연구를 통해 움직임에 의해 발생하는 열을 조절하고, 이 열을 색으로 나타내는 온열치료용 스마트 헬스케어 패치 개발에 성공했다.

과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단’ 지원으로 수행한 이번 연구성과는 세계 최고 권위의 재료과학 분야 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’지 최신호 표지논문으로 게재됐다

연구팀은 표면 미세 주름을 가진 얇은 고분자 탄성체 기판 위에 은나노와이어를 프린팅하고, 그 위에 열에 의해 색이 변하는 염료가 분산된 탄성 복합 소재를 코팅하여 신축성 있는 스마트 패치를 구현했다.

스마트 패치는 움직임에 의해 기판의 주름 구조가 변형돼 전기 저항이 증가하고, 이에 따라 열이 많이 발생한다. 한편, 온도가 변함에 따라 다양한 색상을 띤다는 특징이 있다. 또한, 얇기 때문에 관절에 부착하면 관절의 움직임에 따라서 쉽게 변형이 가능하다.

스마트 패치를 손가락과 손목 관절에 부착해 움직임과 열 변화를 관찰한 결과, 관절을 굽혔을 때 열을 발생시켜 손상된 조직의 수축·이완을 돕는 것을 확인했다. 특히, 피부에 가해지는 온도가 색으로 나타나기 때문에 온도를 눈으로 확인할 수도 있었다. 이렇게 사용자가 눈으로 직접 온도변화를 확인할 수 있어 피부의 저온 화상 등 부작용을 예방할 수 있다는 장점도 있다.

조길원 교수는 “이번에 개발된 열 변색형 스마트 패치는 사용자의 움직임에 따라 표면 온도와 색상이 변하는 것이 특징이다”며 “전자 피부, 휴먼-머신 인터페이스, 헬스케어 등 차세대 인공전자 피부 분야에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.