이번에 개발된 피부 부착형 웨어러블 바이오센서.[고려대 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과 미국 공동연구진이 피부에 부착하는 패치 형태의 플랫폼에 땀 속 피로물질 및 피부 전도도를 측정할 수 있는 웨어러블 바이오센서를 개발했다.

고려대 바이오의공학부 구자현 교수는 의공학 및 재료공학 분야 석학인 존 A. 로저스 미 노스웨스턴대 교수, 펄 브라운 일리노이대 교수와 함께 공동연구를 기획, 진행했다. 일리노이대 김성봉 박사의 주도적인 바이오마커 개발과, 건국대 의대 이보람 박사, 노스웨스턴대 조나단 리더 박사, 한국전기연구원 서선희 박사의 참여로 신체의 여러 가지 피로 관련 지표(바이오마커나 호르몬 등)들을 간편하게 측정할 수 있는 IoT 기반의 웨어러블 바이오센서를 개발했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘PNAS’ 10월 27일자 온라인 게재됐다.

정신적, 신체적으로 장시간 스트레스에 노출되고 그에 따른 불규칙적인 수면과 식단이 지속되면서 몸속 코르티졸 리듬이 흐트러지게 되는데, 이 과정에서 코르티졸의 비정상적인 증가나 감소가 피로의 정도를 직·간접적으로 대표한다. 지속적인 업무, 운동, 신체적인 노동 등과 같은 스트레스 요인들은 뇌 시상하부를 자극해 코르티코트로핀 분비 호르몬을 증가시켜 시상하부 뇌하수체 부신축을 활성화 시키고 뇌하수체전엽을 자극시켜 부신에서 코르티졸의 분비를 증가시키는 결과를 낳는다. 또한 이러한 불균형이 계속될 경우 심장의 박동이 증가하고 숨이 거칠어지며, 심장에 무리를 주게 되고, 빠르게 몸을 탈수시킨다.

이번에 개발한 웨어러블 바이오센서는 땀 속에서 피로도의 지표 호르몬인 코르티졸의 농도를 정량적으로 측정하는 면역측정법의 메커니즘을 포함하고 있다.

이 바이오센서는 폴리우레탄 폴리머를 가공한 구불구불하게 위치시킨 마이크로 채널 플랫폼 끝단에 위치해 땀샘에서 분비되는 즉시 채널로 수집된 오염되지 않은 땀을 분석할 수 있다. 전체 채널은 실리콘재질로 감싸서 디바이스 전체가 유연하고 스트레칭이 가능하며, 피부위에 부착 시 움직임에 있어 착용자가 불편을 느끼지 않을 정도의 물성을 가지고 있다.

또한 마이크로채널 따라 안쪽에 초박막의 전극이 위치해 있어 채널을 통과하는 땀의 전도성을 측정할 수 있고, 그와 동시에 피부의 전도도도 함께 측정함으로써 탈수의 징후를 사람이 느끼기 전에 먼저 알려주는 전기화학적 바이오센서의 메커니즘도 포함돼 있다.

연구진은 웨어러블 바이오센서가 스포츠경기나 군대훈련 시에 동반되는 격렬한 움직임에 따른 피로와 탈수를 사전에 막기 위해 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 실제 이번 연구는 유명 스포츠 음료회사 연구소와 미 공군 연구소에서 선수나 군인들을 보호하기 위한 목적과 필요에 의해 공동연구로 처음 시작됐다.

후속 연구가 진행되면 의료용 데이터를 간편하게 수집 할 수 있을 뿐 아니라 생활 속에서 일반인 사용자가 건강관리를 스스로 할 수 있는 시대로 도약이 가능할 것으로 전망된다.

이번 연구개발의 결과물은 미 공군 연구소가 실용화를 진행하고 있으며 오하이오 주 데이튼 시에 위치한 라이트-패터슨 공군기지에서 실용화 테스트가 이루어질 예정이다.

nbgkoo@heraldcorp.com