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피로도 측정하는 패치형 센서 나왔다

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피로도 측정하는 패치형 센서 나왔다

2020.10.27 04:00
고려대-일리노이대 연구진
고려대와 건국대 의대, 한국전기연구원 공동연구팀이 미국 노스웨스턴대와 공동으로 피부에 부착하는 바이오센서를 개발했다. 땀에서 스트레스 호르몬인 코르티솔과 나트륨 농도 등을 측정해 피로와 탈수 여부를 디지털화해 측정한다. PNAS 제공
고려대와 건국대 의대, 한국전기연구원 공동연구팀이 미국 노스웨스턴대와 공동으로 피부에 부착하는 바이오센서를 개발했다. 땀에서 스트레스 호르몬인 코르티솔과 나트륨 농도 등을 측정해 피로와 탈수 여부를 디지털화해 측정한다. PNAS 제공

 

한국과 미국 연구팀이 피부에 부착하는 패치 형태의 바이오센서를 통해 간편하게 피로도 등 건강 정보를 측정하는 기술을 개발했다. 의료진의 환자 의료 데이터 수집을 쉽게 하고, 일반인의 건강 관리를 편리하게 하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.


고려대는 구자현 바이오의공학부 교수와 김성봉 미국 일리노이대 연구원, 이보람 건국대 의대 연구원, 서선희 한국전기연구원 연구원팀이 호르몬 등 신체 지표를 간편하게 측정할 수 있는 사물인터넷(IoT) 기반의 웨어러블(입는) 바이오센서를 개발했다고 27일 밝혔다. 연구에는 존 로저스 미국 노스웨스턴대 교수팀이 공동으로 참여했다.


연구팀은 스트레스를 받을 경우 불규칙한 수면과 식단이 지속되면서 체내 스트레스 호르몬인 코르티솔이 비정상적으로 증가하거나 감소하는 과정이 피로와 관련이 있다는 사실에 주목했다. 일과 휴식이 적절히 규칙적으로 반복될 때에는 피로가 쌓이지 않지만, 이런 리듬이 깨지면 스트레스 호르몬이 쌓이고 그 결과 심장 박동이 증가하고 숨이 거칠어지며 심장에 무리가 가고 탈수가 오게 된다. 이런 상황에서 피로 역시 누적되게 된다. 


연구팀은 이렇게 피로한 상황을 측정하기 위해 코르티솔을 측정하기로 했다. 연구팀은 땀 속에서 코르티솔 농도를 정량적으로 측정하는 방법을 개발했다. 센서가 땀을 수집하면 금나노입자와 결합한 항체가 코르티솔에 결합한다. 그 뒤 미세한 막을 필터처럼 사용해 코르티솔과 결합한 항체만 걸러내면 아주 적은 양의 코르티솔까지 정확한 양을 측정할 수 있다. 


또 땀이 전기를 얼마나 잘 통하는지를 측정해 탈수 징후를 미리 경고하는 기능도 탑재했다. 몸에 수분이 부족해지면 땀을 통해 나트륨을 분비하게 돼 땀 속 나트륨 농도가 증가하는데, 이 장치가 전기 전도도를 통해 이 과정을 포착해 경고하는 원리다. 전체 장치는 실리콘 재질로 감싸 유연하고 잘 늘어나며 피부에 부착해도 불편감이 없다.

 

연구팀이 개발한 패치형 센서의 구조다. 피부전도도 및 수분 손실 양 측정, 채널 내에 MEMS 프로세스 기술을 이용해 설치되어 있는 초박막의 전극을 통해 땀의 전기화학적 특성을 측정할 수 있으며, 별도의 전극이 의료용 접착면 아래까지 연장되어 있어 피부 전도도 (GSR)를 함께 측정할 수 있다. 고려대 제공
연구팀이 개발한 패치형 센서의 구조다. 피부전도도 및 수분 손실 양 측정, 채널 내에 MEMS 프로세스 기술을 이용해 설치되어 있는 초박막의 전극을 통해 땀의 전기화학적 특성을 측정할 수 있으며, 별도의 전극이 의료용 접착면 아래까지 연장되어 있어 피부 전도도 (GSR)를 함께 측정할 수 있다. 고려대 제공

연구팀은 이번 연구 결과 스포츠 경기나 군대 훈련 등 격렬한 움직임이 필요한 환경에서 피로와 탈수를 막는 데 활용될 수 있을 것으로 기대했다. 특히 실시간으로 피부를 통해 호르몬양을 증폭해 정량적으로 측정하고 땀 손실 결과도 디지털화해 측정해 전문 인력 없이도 사용자가 데이터를 활용할 수 있을 것으로 예상했다. 


연구팀은 “미국 공군연구소와 실용화를 위한 실험을 진행하고 있다”며 “의료용 데이터를 간편하게 얻고 일반인도 쉽게 건강관리를 하는 시대로 도약할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구 결과는 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 26일자에 발표됐다.
 

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