광운대 박재영 교수팀, 차세대 부착형 센서 패치 개발 … 붙이기만 하면 땀 속 혈당·요산 변화 실시간 측정

광운대학교는 전자공학과 박재영 교수 연구팀이 땀 속 포도당(혈당)·요산·산성도(pH)·온도를 실시간으로 측정할 수 있는 차세대 착용형 전기화학 멀티모달 센서 패치를 개발했다고 22일 밝혔다. 이번 기술은 피부에 붙이는 것만으로 개인 맞춤형 건강관리 데이터를 얻을 수 있어 차세대 헬스케어 시대를 열 핵심 기술로 주목받고 있다.

포도당과 요산은 대사질환의 중요한 지표다. 혈당이 높으면 인슐린 저항성이 생길 수 있고, 이는 요산 수치를 높여 통풍을 유발하거나 지방간 발생 위험을 높인다. 최근 피부 부착형 웨어러블 기기가 각광받고 있지만, 기존 효소 기반 바이오센서는 감도가 낮고 온도·pH 변화에 취약하다는 한계가 있었다.

연구팀은 땀 속 포도당·요산·pH를 동시에 측정해 당뇨병·고혈압 등 대사질환의 조기 진단 가능성을 높였다. 연구팀은 폴리이미드 필름에 레이저를 쏘아 만든 그래핀(LSG) 전극을 사용하고, 여기에 Co/NPC@TiO₂(코발트와 질소 도핑된 다공성탄소가 이산화티타늄 적층 구조에 고정된) 나노하이브리드를 더해 전기화학적 성능을 끌어올렸다. 이 전극은 단일 레이저 열분해 공정으로 합성돼 대량 생산이 쉽고, 생체 적합성과 효소 고정화 능력도 뛰어나다.

제작된 유연 포도당 센서는 147.04㎂ mM⁻¹ ㎝⁻²(범위 5~1500μM)의 감도를 달성했다. 아주 작은 양의 포도당에도 민감하게 반응했다. 포도당 농도가 1마이크로몰(mM)만큼 증가할 때 센서가 1㎠당 147.04마이크로암페어(㎂) 만큼의 전류를 만들어낸다는 뜻이다. 센서 범위는 5μM에서 1500μM까지 측정 가능하다.

요산 센서는 267㎂ mM⁻¹ ㎝⁻²(범위 10~510μM)의 감도를 나타냈다. 여기에 폴리아닐린(PANI)으로 개질된 전극 기반의 -61.3㎷/pH 감도를 갖는 pH 센서와 LSG 소재 기반 저항형 온도 센서가 함께 패치에 집적화됐다.

연구팀은 사람 피부에 패치를 붙이고 운동 중 데이터를 수집했으며, HPLC 분석과 시판 혈당계 측정값과 비교해 정확성을 검증했다. pH·온도 변화에 따른 보정 알고리즘을 적용해 안정적 측정을 가능하게 했다.

박재영 교수는 "이번 연구는 레이저 열분해로 만든 MOF 기반 나노하이브리드 전극이 확장 가능한 차세대 웨어러블 바이오센서로 활용될 수 있음을 보여준다"며 "개인 맞춤형 건강관리와 조기 질병 예방에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 화학공학분야 세계적 학술지인 엘스비어(Elsevier) 출판의 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 게재됐다. 자히둘 이슬람 박사과정이 제1저자, 박 교수가 교신저자로 참여했다.

이번 연구는 한국산업기술진흥원의 산업기술혁신사업(저전력 센서와 구동을 위한 자립형전원 센서 플랫폼 개발)과 경찰청·관세청의 지원을 받은 한국경찰기술연구원(KIPoT)의 프로그램(불법 약물 대응을 위한 현장 기술 개발)의 지원을 받았다.