웨어러블 땀 패치.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 건강 모니터링을 위한 웨어러블 디바이스는 우리 몸에서 데이터를 수집해 전송하기 위한 무선통신 시스템이 필요하다. 하지만 기존 무선 통신 시스템은 mm단위의 두꺼운 모듈 칩으로 이루어져 있어 사용자의 편의성 개선을 위해 두께를 극한으로 줄인 초박막형 기기 구현이 어려웠다.

한국과학기술연구원(KIST) 센서시스템연구센터 이원령 박사, 양자기술연구단 한재훈 박사, 생체재료연구센터 전호정 박사 공동연구팀은 초박형 유기·무기 통합 장치를 이용해 초박막형(두께 : 4마이크로미터, 무게 : 1mg 이하) 기판 상에 인간의 건강 상태와 관련된 다양한 바이오마커를 빛의 세기만으로 모니터링할 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀은 기존의 두껍고 딱딱한 무기 집적 회로 칩 기반의 무선 통신 시스템이 가진 착용성 및 유연성의 한계를 극복하고자, 두께 4 마이크로미터의 초박막 기판 위에 유기 트랜지스터와 근적외선 무기 마이크로 발광 다이오드 (μLED)를 통합한 시스템을 개발했다. 이 시스템은 바이오마커의 농도에 따라 변하는 트랜지스터의 전류가 μLED의 밝기를 조절하여 포도당, 젖산, pH와 같은 바이오마커를 빛의 세기로 모니터링 할 수 있다.

연구팀은 제작된 유기-무기 통합 장치를 신축성 배터리 회로와 결합하여 땀 속에 존재하는 포도당을 모니터링함으로써 웨어러블 진단기기로서의 유용성을 검증했다. 또한 바이오마커의 농도를 고가의 측정장비 없이 μLED를 촬영한 근적외선 이미지만을 분석하여 정량적으로 분석하는 데 성공했다.

이번에 개발된 디바이스는 빛의 세기만으로 생화학 신호를 증폭하고 전송하는 새로운 방법을 제시하여, 웨어러블 초박막형 센서 기술의 발전에 기여할 수 있다. 또한 단순한 회로 구조와 낮은 전력으로 작동하는 장점 덕분에 다양한 회로 응용 분야에서 활용 가능성을 제시한다.

이원령 박사는 “새로운 무선 모니터링 시스템의 초박막형 생화학센서 디바이스 구현을 통해 환자들에게 디바이스의 착용 위화감이 없이 정밀한 건강 모니터링을 장기간 제공할 수 있고, 당뇨병 등 대사 질환 환자들의 삶의 질을 향상시키는데 기여할 수 있다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’ 최신호에 게재됐다.