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패치형 의료기기 개발…진단·치료 상용화 기대
전력 공급·여드름 치료·임신중독증 진단 활용
[기사입력 2020-07-09 06:42]

치료 및 진단에 활용 가능한 패치형 의료기기가 잇따라 개발돼 상용화 기대감을 높이고 있다.

9일 업계에 따르면 국내 연구진이 인체 삽입 헬스케어 기기에 능동적으로 전력을 공급할 수 있는 패치, 여드름 등을 치료하는 부착형 패치를 개발해 주목받고 있다.

광주과학기술원(GIST) 기계공학부 이종호 교수팀은 피부에 직접 부착해 인체 내 전력 전송을 위한 유연한 마이크로 발광다이오드(LED) 패치를 개발했다.

마이크로 LED 패치 개발로 향후 안정적인 전력 공급을 통해 수명 연장과 삶의 질을 높일 수 있는 다기능 고성능 삽입용 헬스케어 기기 개발뿐 아니라 피부 치료와 미용 용도로도 활용 가능할 것으로 기대된다.

그간 인체 내 전력량 부족 문제는 다기능 고성능 인체삽입 헬스케어 기기 출현의 가장 큰 제약 중 하나로 꼽혀왔다.

이를 극복하고자 최근에 주변 빛을 흡수해 발전할 수 있는 인체 삽입 태양전지 관련 연구가 진행되고 있으나 실내, 야간, 또는 삽입된 부위가 옷으로 가려질 경우 광량이 부족해 충분한 전력을 생산할 수 없다는 한계가 있다.

이번에 개발한 마이크로 LED 패치는 피부에 직접 부착해 태양전지가 통합된 인체 삽입 기기에 능동적으로 전력을 공급 할 수 있다.

이종호 교수는 "이번 연구의 성과물인 빛을 매개로 한 능동적 전력 공급 방법은 간단하면서도 필요할 때 언제나 인체에 전력을 공급할 수 있어 인체의 기능을 보조하는 새롭고 다양한 기술 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

국내 연구팀이 여드름을 치료하는 얇고 투명한 온열 패치를 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 나노의학 연구단 박장웅 교수(연세대 신소재공학과)와 UNIST 이상영 교수, 밀라노대학 공동 연구팀은 여드름 치료를 위한 투명한 온열 패치를 개발했다.

여드름과 염증 등 피부 질환 치료에 쓰이는 온열 패치는 피부에 열을 가해 혈액 순환을 촉진하고 신경 피로를 완화함으로써 치료를 돕는 방법이다.

기존 온열 패치는 구동 모듈과 배터리를 필요로 해 부피가 크고 외관상으로도 쉽게 눈에 띄는 문제가 있었다.

연구팀은 전극, 배터리, 무선통신 장치 등 모든 요소를 투명하고 유연하게 구현해 미용과 편의성을 동시에 갖춘 온열 패치를 개발했다.

핵심 부품인 전극에는 신소재 '메탈릭 글래스'를 적용했다.

합금의 일종인 메탈릭 글래스는 일반 금속보다 신축성이 좋고 전기적 특성도 우수하다.    

메탈릭 글래스를 미세한 그물 구조로 만든 뒤 그물 사이 빈 공간을 나노와이어(나노미터 두께의 얇은 실)로 채워 전도성이 높고 유연한 투명 전극을 구현했다.

배터리는 '전기수력학 프린팅'(Electro-hydrodynamic jet-printing) 기법을 이용해 투명하게 제작했다.

전극 물질과 전해질을 잉크처럼 써서 부품 위에 찍어내는 방식은 잉크젯 프린팅과 같지만, 정전기적 힘으로 잉크를 미세하게 조정함으로써 마이크로미터(㎛·1000분의 1㎜) 단위로 정밀하게 출력할 수 있는 기법이다.

전극과 배터리를 통신 회로와 연결해 무선 충전도 가능하다.  

이렇게 개발한 온열 패치를 피부에 부착해 1분 정도 온열을 가한 결과 혈류량이 13분 동안 늘어나고 수분 흡수도 평상시보다 1.9배 증가한 것으로 나타났다.

박장웅 교수는 "모든 구성 요소가 투명하면서도 유연한 온열 패치를 처음으로 선보였다"며 "피부에 붙이는 차세대 웨어러블 기기 개발에 기여할 것"이라고 말했다.

국내 연구진이 임신중독증 선별용 마이크로니들 기반 무통진단 패치를 개발했다.

부산대학교 바이오소재과학과 양승윤·안범수 교수, 광메카트로닉스공학과 김규정 교수, 부산대학교병원 산부인과 이규섭·김승철 교수팀은 진단패치를 개발, 피부에 1분간 부착하면 극미량(나노그램)으로 존재하는 바이오마커를 검출, 신속·정확한 임신중독증 조기 진단이 가능함을 입증했다.

임신중독증은 임신 20주 이후에 단백뇨를 동반하는 고혈압성 질환이지만 주요한 증상으로 알려진 단백뇨, 고혈압 등의 증상이 나타나지 않는 임신중독증도 있어 진단에 어려움을 겪는 경우가 많고 치료시기를 놓치는 경우가 상당 수 있다. 임산부의 5-7%가 임신성 고혈압과 임신중독증이 나타나며, 심한 경우는 태아와 임신부가 사망할 수 있어 조기 진단이 중요하다.

임신중독증 진단을 위해 많이 쓰는 방법은 채혈을 통한 검사가 있는데 진단결과가 비교적 정확하지만 고통을 수반하고 분석도 약 2주 이상 걸린다.

비침습적인 검사도 있으나 정확도가 낮은 문제점이 있다.

연구팀은 이러한 문제점들을 해결한 나노다공성 구조의 마이크로니들 무통 진단패치를 개발했다.

이 패치 하나로 임신중독증 관련 바이오마커 3종을 한 번에 검출해내어 채혈수준으로 진단의 정확도를 높이고 결과를 1시간 안에 확인 가능함을 동물모델을 통해 입증했다.

또 휴대용 형광 분석 장치와 스마트폰을 연결해 쉽게 결과를 확인할 수 있어 현장 진단 기기로서의 가능성도 확인했다.

양승윤 교수는 "이번 연구는 임신중독증 조기진단이 가능한 채혈수준의 고감도 피부 진단 패치를 세계 최초로 개발했다"며 "또 휴대용 장비를 이용해 현장 확인이 가능하여 신종 바이러스 감염 등 비대면이 필요한 시기이거나 저개발국가 등 진료가 힘든 장소에서도 진단 검사를 할 수 있다는데 의미가 있다"고 말했다.

한편 이 연구는 보건복지부와 한국보건산업진흥원에서 지원하는 질환극복기술개발사업으로 수행됐으며 연구 결과는 최근 분석화학 분야 권위지인 'Biosensors and Bioelectonics'로 게재됐다.  


김양순 기자  ehealth@e-healthnews.com
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