당뇨발 상처 눈으로 실시간 확인하는 스마트 패치 개발

KAIST-한밭대-기계연-캘리포니아공대 공동연구

당뇨족 및 당뇨성 질환 진단을 위한 다중모달 비색 드레싱 및 광전자 센서의 개념도(KAIST 제공) /뉴스1

한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 박인규 석좌교수 연구팀이 한밭대학교 하지환 교수, 한국기계연구원 정준호 연구원, 미국 캘리포니아공과대학교 웨이 가오 교수와 공동 연구를 통해 당뇨성 궤양 관리를 위한 ‘무선·무전원 기반 광전자 다중 모달 센서 패치’를 개발했다고 14일 밝혔다.

당뇨성 궤양은 당뇨병 환자에게 흔히 발생하는 합병증이다. 적절한 관리가 없으면 심각한 감염이나 하지 절단, 심지어 사망에 이를 수 있다.

연구팀이 개발한 패치는 여러 생체 정보를 동시에 측정할 수 있는 광전자 센서와 기능성 드레싱을 결합한 형태다. 상처 부위의 포도당 농도, 산성도(pH), 온도 변화 등을 실시간으로 분석해 환자 스스로 스마트폰으로 상태를 확인할 수 있다.

연구팀은 전기장을 이용해 머리카락보다 훨씬 가는 섬유를 만드는 전기방사 공법으로 기능성 나노섬유 드레싱을 제작했다. 이 드레싱은 당뇨발 환부에서 나타나는 포도당 증가와 산성도 변화에 반응해 색상이 변한다.

상처 상태가 악화되면 드레싱 색이 달라져 위험 신호를 육안으로도 쉽게 확인할 수 있다. 조직 괴사로 이어질 수 있는 이상 징후를 비침습적으로 감지하고 장기간 추적 관찰할 수 있다.

연구팀은 광전자 시스템을 결합해 진단 정확도를 높였다. 패치에 내장된 발광다이오드(LED)와 빛을 감지하는 반도체 센서 ‘포토다이오드’가 드레싱의 색 변화를 빛의 반사율로 측정한 뒤 이를 전기 신호로 변환한다. 일반 카메라 촬영 방식보다 주변 조명 변화 영향을 덜 받아 더 정확하고 안정적인 데이터를 제공한다.

상단 왼쪽부터 시계방향으로 국립한밭대학교 하지환 교수, 한국기계연구원 정준호 책임연구원, 캘리포니아공과대학교 웨이 가오 교수, 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 조석주 박사후연구원·박인규 교수(KAIST 제공) /뉴스1

해당 패치는 근거리무선통신(NFC) 기반 유연 회로를 적용해 별도의 배터리 없이 작동한다. 스마트폰을 센서 가까이 대면 무선으로 전력을 공급받아 작동하며, 측정된 데이터를 실시간으로 전송한다. 환자와 의료진은 별도의 복잡한 장비 없이 스마트폰 앱만으로 상처 상태를 즉시 확인하고 대응할 수 있다.박 교수는 “매일 바늘로 손가락을 찔러야 하는 당뇨 환자들의 고통을 덜어주기 위해 시작한 연구가 합병증의 선제적 진단 기술로 이어졌다”며 “이번 기술은 향후 당뇨뿐 아니라 다양한 만성질환의 무채혈 진단 기술로 확장될 수 있는 핵심 원천기술이 될 것”이라고 말했다.

KAIST 조석주 박사와 하 교수가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)에 표지 논문으로 선정됐다.

연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF) 중견연구사업, 산업통상자원부 알키미스트 사업 및 대전 RISE센터의 지원을 받아 수행됐다.

(대전=뉴스1)