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EMPA, 심장 모니터링 시스템으로 2015 혁신기술상 수상
스위스의 EMPA 연구소가 산업체와 공동으로 개발한 장기간 심장박동 및 순환계 문제 모니터링 기능의 체스트 스트랩(chest strap) 장치가 2015 Techtextil 전에서 기술 혁신상을 수상하였다.
이 새로운 시스템은 착용자의 ECG(electrocardiogram : 심전도)를 기록할 수 있는 시스템으로 신뢰성이 높은 신호를 모니터링하기 위해 자체 가습기능도 가지고 있다.
심전도 모니터링 시스템에 대한 요구는 병원과 재활클리닉에서 뿐 아니라 장기간 환자의 심장과 순환계 시스템을 모니터링하기 위해 점차 증가 추세에 있으며 이와 더불어 개인 건강데이터를 기록하려는 경향이 붐을 이루고 있다. 그러나 장기간에 걸친 신뢰할 수 있는 ECG 측정을 위해서는 장기간 수분상태를 유지할 수 있는 gel 전극이 필요한데 보통의 gel 전극은 24시간 후에 건조되기 때문에 더 이상 유용한 신호를 발생할 수 없다는 문제점이 있었다. 따라서 이 전극은 땀을 자주 흘리는 젊은 층에게는 맞으나 땀을 자주 흘리지 않는 노인환자에는 맞지 않았다.
ECG 모니터링을 위한 습윤성 전극 개발에 대한 아이디어는 EMPA이 협력사와의 다발성 경화증 환자용 냉각 의복 개발 프로젝트를 진행하는 과정에서 새로 싹트게 되었다. 통증 완화 냉각효과는 침투하는 물(수분)을 통해 지속적으로 들어오는 미네랄 양에 의해 발현되는데 이와 동일한 기술이 심장 모니터용 전극을 완벽하게 조화시키는데 필요한 기술이다.
≪reservoir≫로 부터의 인조 땀
신뢰할 수 있고 안정된 방법으로 금속센서가 인체로부터 전해오는 신호를 받아 완벽히 모니터 장치로 전송하기 위해서는 전극과 피부 사이의 공간이 약간 젖어 있어야 한다. 이것은 쿨링 효과가 없을 때 인체의 발한과정과 동일하며 가슴 띠 장착 자가 발한과정을 조금도 느낄 수 없는 수준의 미네랄 평형 상태로 조절된다.
이 효과를 창출하기 위해 EMPA의 <보호 및 생리학 연구팀>은 Swiss Commission for Technology and Innovation(CTI=스위스 기술혁신 위원회)의 지원을 받아 flexible wetting element를 개발하게 되었다. 여기에는 물 30ml가 채워져 있어 착용자 피부의 영구적 보습상태 유지를 보장한다. 여기서≪reservoir(저장소)≫는 물은 통과하지 않고 수증기만 통과하는 멤브레인과 섬유층 사이의 좁은 틈이 된다. EMPA 연구팀들은 이들 두 가지 재료를 재봉 작업 대신에 레이저를 사용하는 특수 용융접합 방식을 채택해 완벽함을 추구했다. 레이저 용융 접합 솔기는 물과 수증기를 통과하지 않으며 이 저장소는 전극이 젖어있도록 소량의 수증기를 지속적으로 공급하게 된다. wetting element에는 적어도 5일마다 한 번씩 물을 채워주어야 한다.
Nano thin plasma coating
이 방법으로 제조한 전극 패드는 수분 유지를 위해 특수 섬유를 삽입하였다. 이 전극은 착용자의 심장신호를 감지함은 물론 심장 진단에 필요한 신체의 다른 신호도 수집할 수 있다. 여기에 삽입한 폴리에스테르 섬유에는 EMPA의 혁신섬유개발팀에서 개발한 특수 플라즈마 코팅장치로 코팅해 사용하였다. 섬유상의 코팅은 극히 얇아 100nm 미만으로 연속 두 개 층으로 되어 있으며 내부 층에는 전기적 신호 수용체로 아울러 항균기능을 갖도록 silver를 코팅하였고 외부는 티타늄 층을 코팅해 안정적인 신호를 보장하도록 하였다. 또한 silver 입자 유출에 의한 피부 발진을 막는 기능도 갖고 있다.
ECG 모니터의 엄격한 조건
각 체스트 스트랩(chest strap)은 직접 데이터이력 기록 장치에 연결된 특수 센서 패드두 개로 구성되어 있으며 기록된 신호는 중앙 데이터이력 기록 장치나 표준 모니터링 장치로 보내진다. 이 데이터이력 기록 장치는 스냅으로 부착되어 있어 세탁 시에 탈부착이 가능하다.
* 출처 : April 20th, 2015(http://www.innovationintextiles.com)
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