고려대 구자현 교수팀, 디지털 발색검사 시스템 개발 … 재사용·지속적 모니터링 가능

고려대학교는 바이오의공학과 구자현 교수 연구팀이 재사용할 수 있고 지속적인 모니터링이 가능한 디지털 발색 검사 시스템과 이를 기반으로 한 웨어러블 센서를 개발했다고 1일 밝혔다.

기존 바이오산업에서는 종이 색도 검사(발색법) 방법을 진단 키트로 사용해 왔다. 그러나 이 방법은 재사용이 불가능해 지속적인 모니터링이 필요한 바이오헬스케어 분야의 활용에 제약이 있었다.

연구팀은 재사용할 수 있고 지속적인 모니터링이 가능한 디지털 발색 검사 시스템을 개발했다. 연구팀은 광촉매 타이타늄산화물(TiO₂) 기반의 색깔 입자를 합성해 작은 공간에 채워놓고, 아래에는 구리 전극, 위에는 투명전극(ITO)을 설치했다. 여기에 전압을 가하면 타이타늄이 정렬되면서 색이 나타나는 구조다. 이런 전자 발색 원리를 이용해 다양한 바이오마커나 호르몬 등을 측정하고 초기화할 수 있다.

연구팀은 또한 디지털 발색 검사 시스템을 저전력 무선통신(블루투스 BLE) 시스템과 결합한 뒤 피부에 부착해 건강 상태를 원격으로 모니터링할 수 있는 시스템을 구현했다. 이 시스템은 기존 무선 시스템과 달리 사용자가 설정한 농도를 초과하면 색 변화를 통해 확인할 수 있고, 정량값을 휴대전화로 실시간 전송해 연속적인 모니터링이 가능하다.

특히 연구팀은 땀을 통해 젖산 농도를 모니터링할 수 있게 했다. 성인 7명을 대상으로 검증한 결과 운동 시간과 강도에 따른 근육 피로도를 추측할 수 있는 연속 모니터링이 가능함을 확인했다.

이번에 개발한 웨어러블 센서는 저전력으로 구동해 오랜 시간 동안 다양한 바이오마커 측정이 가능하다. 또한 바이오마커 농도가 일정 수준이 되면 디스플레이가 켜지고, 사용자가 휴대전화 등의 디바이스를 통해 정확한 데이터를 확인할 수 있다는 점에서 의료기기, 헬스케어 기기로의 활용 가능성이 크다.

이번 연구 성과는 국제 저널인 '사이언스 어드밴스드' 3월호 온라인판에 게재됐다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.