혈액 채취나 병원 방문 없이 피부에 붙이는 패치만으로 체내 약물, 혈당, 혈압 등을 관리할 수 있는 첨단 웨어러블 헬스케어 기술들을 소개하고 있습니다. 주요 핵심 기술과 연구 성과를 한국어로 알기 쉽게 정리해 드립니다.
1. 체내 약물을 추적하는 'AI 피부 패치'
- 원리: 하이드로젤과 금 나노 입자로 이루어진 부착형 패치입니다. 패치가 몸에서 흘러나오는 땀을 흡수하면, 금 나노 입자가 땀 속에 포함된 약물 분자의 광학 신호를 100만 배 이상 증폭시켜 정밀한 분석을 가능하게 합니다.
- AI의 역할: 약물 대사산물과 땀 성분을 농도별로 섞은 125개의 조합을 인공지능(AI)에 학습시켰습니다. AI가 수집된 데이터에서 땀 성분 신호를 먼저 걸러낸 뒤, 미세하게 남아있는 약물 농도를 분리해 분석합니다.
- 기대 효과: 스포츠 선수들의 불법 도핑 검사나 마약 사범의 약물 복용 여부 및 투약 시점을 현장에서 신속하고 정확하게 추적할 수 있습니다.
2. 벌침을 모사한 '장시간 약물 투여 마이크로니들'
- 구조 및 특징: 딱딱한 고체 형태였던 기존 제품과 달리, 전기 힘으로 만든 유연한 나노 섬유 바늘(마이크로니들) 구조를 가집니다. 바늘 끝에 머리카락보다 얇은 나노 섬유가 촘촘히 모여 있어 피부에 닿으면 벌침처럼 단단히 고정됩니다.
- 사용법: 패치를 피부에 붙인 후 금속 바늘만 떼어내면 미세한 나노 섬유 마이크로니들만 피부에 남습니다. 이 구조가 약물이 서서히 흘러나오는 통로 역할을 하여 수일 동안 지속적으로 약물을 주입합니다.
- 장점: 미세다공성 구조 덕분에 통기성이 우수하여 오랜 시간 붙이고 있어도 피부 자극이나 부작용이 적습니다. 중추신경계 질환 환자의 장기 치료나 화학 무기 대응 치료제 투여에 활용될 수 있습니다.
3. 통증 없는 '피부 부착형 연속 혈당 센서' (이원령 박사 연구팀)
- 개발 배경: 국내 약 600만 명에 달하는 당뇨병 환자들은 저혈당 쇼크 등을 방지하기 위해 매번 손끝을 바늘로 찔러 피를 뽑아야 하는 극심한 통증과 불편함을 겪고 있습니다.
- 혁신적인 기술: 연구팀은 부드러운 기판 위에 마이크로니들과 일체형 접착제를 결합한 센서 패치를 개발했습니다. 기존 상용화 제품보다 무게를 100분의 1 수준으로 극강으로 줄여 피부 알레르기를 유발하는 강력한 외부 접착제 없이도 안정적으로 부착됩니다.
- 정확도 검증: 실험 쥐에 부착해 20분마다 실제 피를 뽑아 측정한 혈당 수치와 비교한 결과, 데이터가 거의 정확하게 일치하는 우수한 성능을 증명했습니다. 반도체 공정(광 패턴인 기술)을 적용해 대량 생산이 가능하고 단가를 낮출 수 있어 상용화 가능성이 매우 높습니다.
4. 압박감 없는 '초음파 혈압 측정 패치' & '실리콘 초음파 소자'
- 압박 없는 혈압 측정: 팔을 강하게 조이는 기존 커프 방식 대신, 두께 0.5mm 이하, 무게 1g 미만의 초박형 패치를 피부에 붙여 혈압을 잽니다. 혈관에 초음파를 보내 박동할 때마다 미세하게 변하는 혈관 벽의 두께(에코 시그널)를 측정해 혈압으로 환산하는 방식입니다.
- 친환경 실리콘 소자: 기존 웨어러블 초음파 장치는 인체와 환경에 유해한 '납' 기반의 세라믹을 사용해 왔으나, 국내 연구팀이 세계 최초로 납 대신 실리콘을 기반으로 한 초음파 소자를 개발했습니다. 반도체 공정으로 실리콘을 나노 기둥 구조로 가공해 만들었습니다.
- 성능 및 경제성: 기존 소자보다 출력이 30% 이상 높고, 움직임이 많은 목 부위에서도 임상용 혈압계 대비 96.5%의 높은 정확도를 보여주었습니다. 특히 대량 생산이 용이해 제작 비용을 기존 납 기반 장치의 4분의 1 수준으로 크게 절감했습니다. 출근 전 심혈관·뇌혈관 질환을 모니터링하거나 태아의 건강 상태를 간편하게 확인하는 데 유용합니다.
5. 스스로 호흡을 조절하는 '스마트 나노 섬유 마스크 필터' (고승환 박사 연구팀)
- 가변형 필터 개발: 영화 <마이너리티 리포트>에서 영감을 얻어 연구를 시작한 고박사 팀은 플라스틱 기판이 녹지 않는 저온에서 레이저를 이용해 은나노 와이어를 그물막 모양으로 연결하는 도선 공정 기술을 개발했습니다. 이를 통해 고무처럼 유연하게 늘어나는 나노 섬유 필터를 만들었습니다.
- AI 호흡 예측: 마스크에 센서를 부착해 착용자의 호흡 상태와 주변 미세먼지 농도를 실시간으로 인식합니다. 딥러닝 AI가 착용자의 3초 뒤 호흡 패턴을 예측하여 공기 압축식 유닛(스트레처)에 명령을 내립니다.
- 원리: 주변 공기가 깨끗하거나 착용자가 달리기를 하여 숨이 가쁠 때는 필터를 스스로 늘려 기공(구멍)을 넓혀줌으로써 숨쉬기 편하게 만들고(KF80 수준), 미세먼지가 심할 때는 필터를 수축해 기공을 촘촘하게 닫아 차단 성능을 극대화(KF99 수준)합니다. 스스로 살균·재균하는 기능까지 더해 상용화를 추진 중입니다.