KAIST·한밭대·기계연·캘리포니아공대 공동연구진 개발
상처 상태 따라 색 변하는 드레싱과 무선 센서 결합
스마트폰으로 상처 상태 확인…포도당·산성도 실시간 분석
반복 채혈 부담↓…차세대 비침습 당뇨 관리 플랫폼 활용 기대

(왼쪽부터) KAIST 기계공학과 박인규 교수, 조석주 박사후연구원, (우상 왼쪽부터) 국립한밭대학교 하지환 교수, 한국기계연구원 정준호 책임연구원, Caltech Wei Gao 교수. KAIST 제공

당뇨족 및 당뇨성 질환 진단을 위한 다중모달 비색 드레싱 및 광전자 센서의 개념도. KAIST 제공

한국과학기술원(KAIST) 등 한미 공동연구진이 ‘당뇨성 궤양’ 상처 상태를 실시간으로 확인할 수 있는 ‘스마트 드레싱 패치’를 개발했다. 당뇨병 환자에게 발생하는 ‘당뇨성 궤양’은 치료 시기를 놓치면 절단으로 이어질 수 있는 위험한 합병증이다. 이번 패치 개발로 당뇨 환자의 반복 채혈 부담을 줄이고, 차세대 비침습 당뇨 관리 플랫폼으로 활용이 기대된다.

KAIST(총장 이광형)는 기계공학과 박인규 석좌교수 연구팀이 국립한밭대학교 하지환 교수, 한국기계연구원 정준호 연구원, 미국 캘리포니아공과대학교(Caltech) 웨이 가오(Wei Gao) 교수와의 공동 연구를 통해 당뇨성 궤양 관리를 위한 ‘무선·무전원 기반 광전자 다중 모달 센서 패치’를 개발했다고 14일 밝혔다.

연구팀이 개발한 패치는 여러 생체 정보를 동시에 측정할 수 있는 광전자(optoelectronic·빛과 전기 신호를 함께 활용하는 기술) 센서와 기능성 드레싱을 결합한 형태다. 상처 부위의 포도당 농도, 산성도(pH·수소 이온 농도를 나타내는 지표), 온도 변화 등을 실시간으로 분석할 수 있으며, 환자 스스로 스마트폰으로 상태를 확인할 수 있다.

국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 표지 논문(Front Cover) 표지 이미지. KAIST 제공

연구팀은 전기장을 이용해 머리카락보다 훨씬 가는 섬유를 만드는 전기방사(Electrospinning) 공법으로 기능성 나노섬유 드레싱을 제작했다. 이 드레싱은 당뇨발 환부에서 나타나는 포도당 증가와 산성도 변화에 반응해 색상이 변한다. 즉, 상처 상태가 악화되면 드레싱 색이 달라져 위험 신호를 육안으로도 쉽게 확인할 수 있는 것이다. 이를 통해 조직 괴사로 이어질 수 있는 이상 징후를 비침습적(non-invasive·피부를 절개하거나 채혈하지 않는 방식)으로 감지하고 장기간 추적 관찰할 수 있다.

연구팀은 여기에 광전자 시스템을 결합해 진단 정확도를 높였다. 패치에 내장된 발광다이오드(LED·전기를 빛으로 바꾸는 반도체 소자)와 빛을 감지하는 반도체 센서인 포토다이오드(Photodiode)가 드레싱의 색 변화를 빛의 반사율로 측정한 뒤, 이를 전기 신호로 변환한다. 이는 일반 카메라 촬영 방식보다 주변 조명 변화 영향을 덜 받아 더욱 정확하고 안정적인 데이터를 제공한다.

특히 해당 패치는 근거리무선통신(NF) 기반 유연 회로를 적용해 별도의 배터리 없이 작동한다. 스마트폰을 센서 가까이 대면 무선으로 전력을 공급받아 작동하며, 측정된 데이터를 실시간으로 전송한다. 즉, 환자와 의료진은 별도의 복잡한 장비 없이 스마트폰 앱만으로 상처 상태를 즉시 확인하고 대응할 수 있다.

이번에 개발된 기술은 눈으로 확인 가능한 직관적 신호와 정량적 전자 데이터를 동시에 제공하면서도 환자에게 신체적 부담을 주지 않는다는 점에서 임상적 가치가 높다. 반복적인 채혈 없이 상처 상태를 지속적으로 관리할 수 있어 당뇨 환자의 삶의 질 향상에도 기여할 전망이다.

박인규 석좌교수는 “매일 바늘로 손가락을 찔러야 하는 당뇨 환자들의 고통을 덜어주기 위해 시작한 연구가 합병증의 선제적 진단 기술로 이어졌다”며 “이번 기술은 향후 당뇨뿐 아니라 다양한 만성질환의 무채혈 진단 기술로 확장될 수 있는 핵심 원천기술이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구에는 KAIST 조석주 박사와 국립한밭대학교 하지환 교수가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 에 지난 3월 26일 게재됐으며, 해당 학술지의 표지 논문(Front Cover)으로도 선정됐다.

송현수 기자 songh@busan.com