수면 건강을 진단하기 위해 마스크에 부착해 사용하는 헬스케어 센서가 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 유승협 교수 연구팀이 날숨 속 이산화탄소 농도를 측정해 실시간으로 수면 건강을 진단할 수 있는 웨어러블 센서를 개발했다고 10일 밝혔다.

기존 이산화탄소 센서는 부피가 크고 소비전력이 높다는 한계가 있다. 이산화탄소 농도에 따라 형광의 세기가 변화하는 광화학적 이산화탄소 센서는 소형화가 가능하다는 장점이 있지만, 염료 분자의 광 열화 현상으로 인해 장시간 안정적으로 사용하기 어려웠다.

연구팀은 발광다이오드(LED)를 유연한 박막형 유기 포토다이오드(빛을 모으는 장치)로 감싼 저전력 이산화탄소 센서를 개발했다. 광 효율이 높아 염료 분자에 쪼이는 광량을 최소화해 사용할 수 있다. 소비전력이 171㎼(마이크로와트·100만분의 1W)로, 수mW(밀리와트)인 기존 센서보다 수십 배 낮은 수준이다.


연구팀은 또 형광 분자의 광 열화 경로를 규명해 광화학적 센서에서 사용 시간에 따라 오차가 증가하는 원인을 밝히고, 오차를 줄이기 위한 광학적 설계 방법을 제시했다.

무게 0.12g, 두께는 0.7mm수준으로 가볍고 얇아 마스크 안에 부착해 이산화탄소 농도를 측정할 수 있다. 최대 9시간까지 연속으로 사용할 수 있다. 특히 실시간으로 들숨과 날숨을 구별해 호흡수까지 모니터링 가능하다고 연구팀은 설명했다.

연구 저자 유승협 교수는 "개발한 센서는 저전력, 고안정성, 유연성 등 우수한 특성을 갖고 있어 웨어러블 기기에 폭넓게 적용할 수 있다"며 "만성폐쇄성 폐질환, 수면무호흡증 등 다양한 질병의 조기 진단에 사용할 수 있을 것"이라고 말했다. 만성폐쇄성 폐질환은 폐에 비정상적인 염증 반응이 일어나 폐 기능이 저하되고 호흡곤란을 유발하게 되는 호흡기 질환을 말한다. 수면무호흡증은 코를 심하게 골면서 이따금 호흡이 끊기는 수면 장애로, 치료가 필요하다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '디바이스(Device)'에 최근 게재됐다.