KAIST, 땀 검사로 건강 살피는 '무선 전자패치술' 개발
KAIST, 땀 검사로 건강 살피는 '무선 전자패치술' 개발
  • 김진우 기자
  • 승인 2021.05.06 13:00
  • 댓글 1
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온도차ㆍ배출 속도 등 측정…약물 투여량 등에 활용 기대

KAIST(총장 이광형)는 전기전자공학부 권경하(사진) 교수와 성균관대학교 화학공학과 김종욱 박사과정 연구원이 땀의 체적 유량 및 총 손실을 실시간으로 측정하는 무선 전자패치 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. <그림 참조>

이 기술은 미국 노스웨스턴대 존 로저스 교수, 보스턴 소재 웨어리파이사와 특허 출원을 진행 중이며 해당 연구 결과(논문명 An on-skin platform for wireless monitoring of flow rate, cumulative loss and temperature of sweat in real time)는 국제 학술지 '네이처 일렉트로닉스'에 3월 말 발표됐다.

땀은 비침습적으로 수집할 수 있는 생체 유체로 침습적인 혈액 채취와 비교해 채취하기가 쉽다. 따라서 일상에서 실시간으로 땀 수집과 성분 분석을 제공할 수 있는 웨어러블 기술에 대한 수요가 증가하고 있다.

땀과 화학 시약의 변색 반응을 이용해 다양한 생체 지표 수집이 가능하지만 정확한 측정(발색)을 하려면 땀의 유량과 총 손실을 실시간으로 측정하는 것이 핵심적으로 요구된다. 이에 따라 연구팀은 땀의 정량적 속도 및 체적 측정이 가능한 웨어러블 무선 전자 패치를 개발했고 변색 반응을 이용해 땀 성분 분석이 가능한 미세 유체 시스템과 통합했다.

그 결과 연구팀은 땀 내 염화물, 포도당 및 크레아틴 농도, 수소이온지수(pH) 및 체적 유량을 동시에 측정하는 데 최초로 성공했다. 측정한 지표는 낭포성 섬유증, 당뇨병, 신장 기능 장애, 대사성 알칼리증 진단 등에 활용할 수 있다.

연구팀은 땀이 수집되는 짧고 정교한 미세 유체 채널 외벽에 저전력 열원을 배치해 채널을 통과하는 땀과 열 교환을 유도했다. 땀의 유속이 증가함에 따라 열원의 하류와 상류의 온도 차이가 증가하는 것에 착안해 상ㆍ하류 온도 차이와 땀의 배출 속도 간의 정확한 관계를 규명했다. 그 결과, 생리학적으로 유의미하다고 인정되는 0~5 μl/min 범위의 땀 속도를 정확하게 측정하는 데 성공했다. 웨어러블 패치로 측정한 데이터는 블루투스 통신이 가능한 스마트폰 앱을 통해 실시간 확인이 가능하다.

이 패치는 미세 유체 채널을 통과하는 땀과 전자 회로가 완전히 분리돼 기존 유속 측정 기기들의 유체와의 접촉으로 인한 부식 및 노후화에 취약하다는 단점을 극복했다. 또 얇고 유연한 회로 기판 인쇄 기법과 신축성 있는 실리콘 봉합 기술을 접목해 다양한 굴곡을 가진 피부 위에 편안하게 부착할 수 있도록 제작됐다. 땀 배출로 인한 피부 온도 변화를 실시간으로 감지하는 센서도 부착돼 있어 다양한 응용 분야에서 활용이 기대된다.

권경하 교수는 "개발된 무선 전자 패치는 개인별 수분 보충 전략, 탈수 증세 감지 및 기타 건강 관리에 폭넓게 활용할 수 있다"면서 "피부 표면 근처의 혈관에서 혈류 속도를 측정하거나 약물의 방출 속도를 실시간으로 측정해 정확한 투여량을 계산하는 등 체계화된 약물 전달 시스템에도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 뇌과학원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

땀 체적 유량 및 총 손실을 실시간으로 측정하는 피부 부착형 무선 전자 패치(왼쪽). 미세유체 채널에 수집된 땀의 체적 속도를 측정해 실시간 땀 배출 속도 및 누적 배출량을 사용자 인터페이스(예시, 스마트장치)로 무선 전송한다.땀 속 염화물, ph, 크레아틴, 포도당 동시 측정이 가능한 미세유체 시스템(오른쪽). 각 지표는 낭포성 섬유증, 당뇨병, 신장 기능 장애, 대사성 알칼리증 진단 등에 활용할 수 있다. [사진=KAIST]

 


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macmaca 2021-05-07 08:14:05
연구업적이 좋은 결과로 이루어지기 바랍니다. 카이스트는 오랫동안 학부없이 대학원 중심 이공계 교육기관으로 있어와서, 입시쪽으로는 그 위상을 어디에 두어야 할지 잘 모르겠습니다. 아무래도 선발 대학들의 기득권을 우선할 수 밖에 없는 한계가 있습니다. 대학이 이공계로만 이루어진게 아니고, 유학(동아시아의 神學,聖學)과 문학,역사.철학 및 법학, 정치학, 서유럽의 신학.법학.의학같은 전통 학문, 문학.철학.사학, 정치학, 경제학.경영학,각종 사회과학, 기초과학, 공학,예술,체육등으로 다양하게 형성되어 있습니다.

법이나 교과서자격이 없으면, 오랜동안의 입시점수!. 왜구잔재대학은 주권.자격.학벌이 없음.

Royal성균관대(국사 성균관 자격, 한국최고대)와 서강대(성대다음 Royal대 예우)는일류,명문끝. 法