일반적인 ‘자가 혈당 측정법’은 바늘로 손끝을 찔러 채혈한 후, 포도당 센싱 효소 전극이 프린트된 스트립에 떨어뜨려 글루코스 미터로 혈당을 측정하는 방식이다. 그러나 이러한 간헐적 측정 방법은 식이, 운동, 수면 등 일상생활을 통해 계속해서 변하는 혈당 정보를 제한적으로 제공한다. 고혈당이 저혈당 발생 시 대응에도 한계가 있어, 당뇨병 합병증 예방에 효과적이지 않다. 측정 과정에서 통증과 피부조직 손상을 일으키는 것도 문제다.
이러한 문제를 해결하기 위한 대체측정법은 생체 이식형 포도당 센서를 이용한 ‘연속 혈당 측정기(Continuous Glucose Monitoring, CGM)’가 대표적이다. CGM은 크게 1세대와 2세대로 나뉜다. 1세대 CGM은 포도당 센싱 효소 전극을 피하에 이식하는 방식이다. 전극과 연결된 두꺼운 트랜스미터를 피부에 부착한 채로 사용하는 반이식 부착형 CGM이다. 이런 방식은 피부 트러블이나 생활의 불편함이 문제로 제시된다. 미국과 유럽에서는 이런 문제를 해결한 완전 이식형 2세대 상용 CGM도 사용되고 있다. 하지만 이 방식은 이식 수술과 제거 수술이 필요한 점이 사용자에게 큰 부담으로 작용한다.
연구팀은 기존 CGM의 한계를 극복하기 위해 ‘비효소 포도당 센싱 형광 물질’을 ‘생분해서 물질’과 함께 수백 마이크로미터 크기의 마이크로니들 형태로 성형해 이를 얇은 필름에 부착했다. 비효소 포도당 센싱 형광 물질은 효소나 시약이 필요 없어 가역적으로 포도당을 센싱해 체내에서 장기간 사용하기 적합한 물질이다. 포도당 산화 효소에 이어 2번째로 상용화에 성공한 포도당 센싱 물질로 꼽힌다. 효소 기반 센서와 다르게 빛의 세기로 혈당을 측정할 수 있어, 스마트폰을 이용한 무선 측정에도 최척화된 물질로 기대를 모았다.
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연구팀이 개발한 자가 혈당 진단 시스템의 모식도. |
연구팀은 생분해성 실크피브로인과 폴리비닐알코올을 기반으로 마이크로니들을 제작했다. 이 마이크로니들은 별도의 수술 없이 사용자 스스로 피부에 부착하고 제거할 수 있다. 체내에서 분해돼 피하조직과 피부 손상도 최소화할 수 있고, 체내에서 흡수 분해돼 사용 후 제거할 필요도 없다. 연구팀이 개발한 초박형 마이크로니들 어레이는 피부에 최소한 침습해 통증이나 상처, 피부 염증 등에 완전히 자유롭다. 또한 혈당과 상관관계가 높은 피하간질액의 포도당 농도를 지속해서 모니터링할 수 있다.
연구팀은 센서와 통합된 모바일 엑세서리와 어플리케이션을 개발해 테더링 없이 무선으로 체내 포도당 농도를 연속적으로 감지하는 데 성공했다. 이 결과는 채혈을 동반하는 자가 혈당 측정법의 혈당 측정 결과와 높은 상관관계를 보였다.
허윤정 교수는 “연구를 통해 초고령화 사회 진입과 함께 지속해서 늘어나는 당뇨를 포함한 각종 성인병과 암으로 인한 개인과 사회적 부담을 크게 줄일 수 있다. 특히, 당뇨 합병증 예방 및 암 생존자의 혈당 관리를 통해 재발이나 기타 질병으로의 발전을 예방할 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구 결과는 ‘Fluorescent based Biodegradable Microneedle Sensor Array for Tether-free Continuous Glucose Monitoring with Smartphone Application’이란 논문으로 국제학술지인 (IF=14.980)에 게재됐다.
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