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피부의 숨결을 감지하는 신개념 웨어러블 센서 개발

- 비침습적으로 양방향 기체 분자 흐름의 정밀한 측정 가능 확인 -

□ 완전한 비침습으로 진단 및 관리가 가능한 웨어러블 센서가 개발돼 주목된다.

□ 한국연구재단(이사장 홍원화)은 한국과학기술연구원 신재호 박사 연구팀이 피부를 통해 들어오고 나가는 양방향 기체 분자 흐름(Epidermal Gas Flux)을 정밀하게 측정하는 웨어러블 시스템을 개발했다고 밝혔다.

□ 피부는 체내와 체외를 구분 짓는 우리 몸의 최외곽 경계로, 다양한 기체 분자가 오가는 통로가 되고 있다.

  ⃝ 즉, 피부는 우리 몸의 건강에 대한 중요한 정보를 외부로 실어 나르는 정보의 고속도로가 될 뿐만 아니라, 휘발성 유기 화합물과 같은 대기 중에 존재하는 해로운 물질이 우리 순환계에 녹아들게 하는 통로의 역할을 한다.

  ⃝ 그러나 지금껏 피부 표면에서의 기체 흐름을 정밀하게 측정해 내는 기술은 개발되거나 보고된 바 없었다. 의료기관과 같은 전문 시설에서만 활용이 가능한 장비들이 개발된 적은 있지만, 이것 역시 수증기와 같은 특정 기체의 단방향 흐름만 측정 가능했다.

□ 이에 연구팀은 피부 위에 부착하는 것만으로도 피부 표면에서의 다양한 기체 흐름을 수일 이상 지속적으로 모니터링할 수 있는 완전 자립형 웨어러블 시스템*을 고안해 개발했다.

     * 완전 자립형 웨어러블 시스템 : 배터리, 마이크로 프로세서, 무선통신 기능 등이 통합⋅매립되어, 유선 연결 없이도 독자적으로 구동할 수 있는 웨어러블 센서 시스템.

  ⃝ 이 시스템은 아주 단순한 원리에 착안해 개발됐다. 개울물을 손바닥으로 막으면 물이 손바닥을 따라 차오르는데, 이때 차오르는 속력이 개울물의 원래 유속을 반영한다. 연구팀은 동일한 원리를 소형 가스 센서와 전자-기계식 밸브 시스템을 이용해, 피부 위 어디에서든 기체의 유속을 측정할 수 있는 형태로 재구성했다.

  ⃝ 더불어 심도 있는 동물실험 및 초기 임상실험을 통해 피부 장벽 기능의 정밀 진단, 취약 인구의 항상성* 모니터링, 개인의 위생 상태 평가, 환경 유해인자에 의한 피부 열화 평가, 염증 및 감염을 포함한 외상 치유 전과정 모니터링 등에 폭넓게 활용될 수 있음을 실증했다.

     * 항상성 : 우리 몸이 외부 환경의 변화에도 불구하고 내부 환경을 일정하게 유지하려는 기능.

□ 이번 연구 결과를 통해 피부과학, 중환자 관리, 전염병 통제, 환경안전 및 외상 치료 등 보건의료의 넓은 영역에 걸쳐 ‘완전 비침습적 진단 및 관리’라는 새로운 트렌드가 제시될 것으로 기대된다.

  ⃝ 신재호 선임연구원은 “상품화 연구를 통해 전문 의료기기, 피부 미용기기, 개인 위생기기 등 다양한 형태로 개발되며 실질적 시장 가치를 창출할 수 있을 것으로 보인다”고 말했다.

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자 국제연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 과학기술 분야 국제학술지 ‘네이처(Nature)’에 4월 9일 게재되었다.

 (그림 1) 피부 기체 흐름 센서 (Epidermal Flux Sensor, EFS)

시계형 (좌), 부착형 (우) 피부 기체 흐름 센서의 모습. 가운데는 확대된 모습.

측정이 필요한 피부 위치에 따라 다양한 폼펙터를 가지고 피부에 안착될 수 있습니다. 한 번 부착된 센서는 최소 삼일 이상 연속 측정이 가능합니다.

(그림 2) 피부 기체 흐름 - 일러스트레이션

피부를 통해 기체분자들이 들어오고 나가는 ‘피부 기체 흐름(Epidermal Gas Flux)’의 개념을 시각적으로 표현한 일러스트레이션입니다. 좌하부의 세포 구조가 피부의 상층부를 표현하며, 물, 이산화탄소, 에탄올 등의 대표적 기체분자들이 시각적으로 표현되어 있습니다.

그림설명 및 그림제공: 한국과학기술연구원 신재호 선임연구원

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