권경하교수, 땀 검사로 건강상태 진단 소자 개발

전기및전자공학부 권경하 교수와 성균관대학교 화학공학과 김종욱 박사과정 연구원(지도교수:김태일)이 땀의 체적 유량 및 총 손실을 실시간으로 측정하는 무선 전자 패치를 개발하여 언론에 보도되었다.

 

땀은 비침습적으로 수집할 수 있는 생체 유체로, 침습적인 혈액 채취와 비교해 채취하기가 쉽다는 분명한 이점을 제공한다. 이에 일상에서 실시간으로 땀 수집 및 성분 분석을 제공할 수 있는 웨어러블 기술에 대한 수요가 증가하고 있다.

 

땀과 화학 시약의 변색 반응을 이용해 다양한 생체 지표 수집이 가능하지만, 정확한 측정(발색)을 하려면 땀의 유량과 총 손실을 실시간으로 측정하는 것이 핵심적으로 요구된다. 이에 연구팀은 땀의 정량적 속도 및 체적 측정이 가능한 웨어러블 무선 전자 패치를 개발했고, 변색 반응을 이용해 땀 성분 분석이 가능한 미세 유체 시스템과 통합했다. 그 결과, 연구팀은 땀 내 염화물, 포도당 및 크레아틴 농도, 수소이온지수(pH) 및 체적 유량을 동시에 측정하는 데 최초로 성공했다. 측정한 지표는 낭포성 섬유증, 당뇨병, 신장 기능 장애, 대사성 알칼리증 진단 등에 활용할 수 있다.

 

연구팀은 땀이 수집되는 짧고 정교한 미세 유체 채널 외벽에 저전력 열원을 배치해 채널을 통과하는 땀과 열 교환을 유도했다. 땀의 유속이 증가함에 따라 열원의 하류와 상류의 온도 차이가 증가하는 것에 착안, ·하류 온도 차이와 땀의 배출 속도 간의 정확한 관계를 규명했다. 그 결과, 생리학적으로 유의미하다고 인정되는 0~5마이크로리터/(μl/min) 범위의 땀 속도를 정확하게 측정하는 데 성공했다. 웨어러블 패치로 측정한 데이터는 블루투스 통신이 가능한 스마트폰 앱을 통해 실시간 확인이 가능하다.

 

개발된 패치는 개인별로 운동 후 적절한 수분 보충, 탈수 증세의 감지 및 기타 건강 관리에 폭넓게 활용할 수 있다. 또한, 피부 근처에 위치하는 혈관에서 혈류 속도를 측정하는 등 신체에서 유량 측정이 중요한 곳에 활용하여 다양한 용도로의 발전 가능성이 기대되며, 약물의 방출 속도를 실시간으로 확인하고 정확한 투여량을 계산할 수 있는 체계화된 약물 전달 시스템에도 활용이 가능할 것으로 예상한다.

 

권경하 교수가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)' 329게재됐다. (논문명: An on-skin platform for wireless monitoring of flow rate, cumulative loss and temperature of sweat in real time).

 

언론소개링크 전자신문 : https://www.etnews.com/20210506000134

뉴스원 https://www.news1.kr/articles/?4297573

그림 1. 땀 체적 유량 및 총 손실을 실시간으로 측정하는 피부 부착형 무선 전자 패치(왼쪽)와 땀 내 염화물, ph, 크레아틴, 포도당 동시 측정이 가능한 미세유체 시스템(오른쪽).

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