비색 모니터링 방식 한계 극복한 무선·무배터리 다중 모달 광전자 센서 개발
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왼쪽부터 국립한밭대 하지환 교수, KAIST 조석주 박사, KAIST 박인규 교수, 한국기계연구원 정준호 책임연구원, 캘리포니아공과대 웨이 가오 교수. |
[대학저널 이선용 기자] 국립한밭대학교 기계공학과 하지환 교수 연구팀이 KAIST, 한국기계연구원, 캘리포니아공과대학교(Caltech) 연구팀과의 공동 연구를 통해, 피를 뽑지 않고도 땀의 비색 모니터링(색 변화 분석)으로 당뇨병 및 당뇨족(당뇨발) 등 중증 합병증을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 ‘무선·무배터리 다중 모달 광전자 웨어러블 센서’를 세계 최초로 개발했다고 14일 밝혔다.
이번 연구는 국립한밭대 기계공학과 하지환 교수와 KAIST 기계공학과 조석주 박사가 공동 제1저자로 연구를 주도했으며, KAIST 박인규 석좌교수, 한국기계연구원 나노리소그래피연구실 정준호 책임연구원, 캘리포니아공과대학교 웨이 가오(Wei Gao) 교수팀이 공동 연구로 참여해 세계적 수준의 융합 연구 성과를 도출했다.
기존의 땀 기반 비색 센서는 산성도(pH)와 같은 지표는 모니터링이 가능하나 당뇨의 지표인 포도당 성분 모니터링은 불가능했고, 성분에 따라 변하는 색상을 스마트폰 카메라 등으로 촬영해 분석해야 했기에 주변 조명(밝기, 그림자)에 따라 오차가 크고 연속 모니터링이 불가능했다.
특히 당뇨 환자의 포도당이나 pH 농도 변화를 의료 수준으로 정확하게 읽어내는 데에는 기술적 한계가 명확했다.
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당뇨족 및 당뇨성 질환 모니터링을 위한 다중모달 비색 드레싱 및 광전자 센서 개념도. |
이번 연구는 비색 모니터링 방식을 활용해 당뇨성 질환의 진행 상황과 당뇨족(당뇨성 족부 병변) 등 치명적인 합병증의 징후를 세계 최초로 비침습적으로 모니터링해 냈다는 점에서 혁신적인 성과로 평가받는다.
당뇨족 환부의 포도당 수치 상승과 피부 pH 밸런스 붕괴 현상을 상처 드레싱 형태의 비색 천과 광전자 센서 하나로 24시간 추적 관찰할 수 있어, 조직 괴사로 이어질 수 있는 당뇨족의 위험성을 조기에 경고하고 예방할 수 있는 길을 열었다.
스마트폰을 센서 가까이 대기만 하면 배터리 없이도 구동되며, 측정된 다중 바이오마커(포도당, pH, 체온 등) 데이터가 실시간으로 전송되어 환자와 의료진이 즉각적으로 상태를 모니터링 할 수 있다.
국립한밭대 기계공학과 하지환 교수는 “매일 바늘로 손가락을 찔러야 하는 당뇨 환자들의 고통을 덜어주기 위해 시작된 연구가 치명적인 당뇨족 합병증까지 선제적으로 모니터링할 수 있는 원천 기술 확보로 이어졌다”며 “이번에 개발된 비색 모니터링 기반 광전자 센서는 향후 당뇨뿐만 아니라 다양한 만성 질환의 맞춤형 무채혈 건강 모니터링 시장을 선도하는 핵심 기술이 될 것”이라고 강조했다.
이번 연구 결과는 재료과학 분야 최상위 국제 학술지인 ‘어드밴스트 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials, Impact Factor 19.0, JCR 상위 4.5%)’에 정식 게재됐으며, 전면 표지 논문으로도 선정됐다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단(NRF) 중견연구사업, 알키미스트 사업과 2025년도 교육부 및 대전광역시의 재원으로 대전RISE사업의 지원을 받아 수행됐다.
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