▲ 전도 섬유센서를 부착한 마스크를 통해 호흡시 배출되는 비말의 양을 테스트하고 있다(사진=캠브리지대)

캠브리지대 연구진이 3D 프린팅 기술을 활용해 사람의 호흡기에서 외부로 배출되는 비말을 효과적으로 발견 및 측정할 수 있는 전도 섬유(conducting fiber) 센서를 개발했다고 'IEEE 스펙트럼'이 보도했다.

코로나19 바이러스는 사람이 기침을 하거나 호흡을 하면서 배출되는 비말을 통해 다른 사람들에게 전염된다. 캠브리지대 연구진이 개발한 전도 섬유를 활용하면 사람들이 호흡할 때 배출되는 비말을 효과적으로 측정할 수 있기 때문에 마스크 등 개인보호도구를 개발하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

캠브리지대 연구진은 이번 연구 성과를 과학 전문 저널인 ‘사이언스 어드밴시스’ 최신호에 발표하고, 전도 센서 섬유를 이용해 마스크를 통해 배출되는 비말을 측정하는 기술을 시연했다. 이 기술에 적용된 3D 프린팅 기술은 ‘인플라이트 섬유 프린팅(inflight fiber printing)’으로 명명됐다. 연구진은 이 기술을 이용해 전도 섬유 다발을 모니터링용 회로에 프린팅했다.

▲ 섬유의 구조

이번 연구를 주도한 쉐리 황(Shery Huang)은 “이전에도 소형의 전도 섬유를 생산할 수 있었지만 회로에 통합하는 게 힘들었다”며 “우리는 소형 전도 섬유들을 섬유 패턴 구조로 이뤄진 회로 위에 직접 통합했다”고 연구 성과를 소개했다. 본딩이나 연결 작업없이 섬유를 회로에 통합하는 기술을 확보했다는 것. 연구진은 전도 물질로 구성된 코어를 보호 피복으로 감싸고, 섬유의 프린팅 형태를 제어할 수 있도록 프린팅 시스템을 최적화했다.

연구팀이 개발한 전도 섬유는 직경 3마이크로 미터 이하의 비말이나 습기를 측정할 수 있다. 이 센서는 사람의 호흡이 빠르더라도 비말의 정도를 측정할 수 있다. 기존의 센서들은 호흡이 빠르면 호흡시 배출되는 비말이 사라지는데 많은 시간이 걸려 정확하게 비말의 농도나 습도를 측정하는게 쉽지 않았다. 연구팀이 개발한 전도 섬유 센서는 컴퓨터에 연결돼 호흡시 비말의 양을 정확히 측정할수 있다는 게 연구진의 설명이다.

연구팀이 이 센서를 이용해 N95와 일반 섬유 마스크를 대상으로 테스트한 결과 일반 섬유 마스크는 중앙 부분을 통해 비말이 주로 분출되고, N95 마스크는 가장자리를 통해 주로 분출되는 것으로 확인됐다.