땀에는 당뇨병부터 유전질환까지 다양한 건강 상태를 모니터링할 수 있는 바이오마커가 포함돼 있다.  

땀 채취는 혈액 채취와 달리 통증이 없어 사용자들이 선호하는 방법이다. 그러나 검사를 위해 충분한 영양소나 호르몬을 땀에서 얻기 위해서는 격렬한 운동을 통해 충분한 땀을 배출해야 했다. 이런 방법은 운동기능이 제한적인 사람들에게는 적용되기 어렵다는 문제가 있었다.

한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 김주희 박사, Northwestern University John A. Rogers 교수 공동연구팀은 피부 약물 전달을 통해 운동이 필요 없는 간편한 땀 모니터링 디바이스를 개발했다.

이번에 개발한 디바이스는 운동을 통해 땀을 유도했던 기존 방법과 달리 피부를 통해 땀샘을 자극할 수 있는 약물을 전달해 땀을 유도하는 방식이다.
 

▲ 약물 전달 시스템과 땀 속 바이오마커 모니터링을 한 번에 할 수 있는 디바이스의 모식도와 사진

연구팀은 약물이 포함된 하이드로젤에 전류를 흘려 약물을 피부 밑 땀샘으로 전달할 수 있는 플렉서블(Flexible) 디바이스를 개발했다. 이 디바이스는 작고 부드러워 피부 위에 쉽게 부착할 수 있으며, 약물로 유도된 땀은 디바이스 내 마이크로 플루이딕 채널에 수집돼 바이오센서를 통해 생체 상태를 모니터링 한다. 

이처럼 디바이스 부착만으로 땀 속의 바이오마커를 분석할 수 있어 병원을 방문해 검사받아야 하는 번거로움을 줄이고, 검사 과정에서 발생할 수 있는 바이오마커의 오염 가능성도 낮출 수 있어 정확도 또한 높일 수 있다.

연구팀이 개발한 디바이스를 낭포성 섬유증을 앓고 있는 아기에게 부착하고 땀 속의 바이오마커인 염소 농도를 확인한 결과, 병원에서 땀을 채취해 기존 분석 방법으로 진단한 결과와 98% 이상 일치했으며, 피부 온도 및 피부 pH 수치를 확인해 피부에 대한 디바이스 안정성을 확보했다. 

낭포성 섬유증은 주로 유아기에 발현되기 때문에 질병 진행 및 신체 상태에 대한 지속적인 모니터링이 필요한데, 디바이스를 통해 집에서도 간편하게 모니터링할 수 있어 유아 환자와 보호자의 정신적·신체적 스트레스를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

이번에 개발된 디바이스는 건강한 성인도 별도의 운동 없이 간편하게 땀 속 바이오마커를 모니터링할 수 있어 비침습적 질병 모니터링 기술인 땀 기반의 디바이스 확대에 기여할 수 있다. 
 

▲ 웨어러블 소자를 아이에게 부착하여 테스트하는 모습

또한, 피부를 통해 약물을 전달하는 기술은 땀을 유도할 뿐만 아니라 피부질환, 피부 상처 등 국소적으로 약물 전달이 필요한 곳에서 약물 전달률을 높여 회복 속도를 높이는 데도 활용될 수 있다.

KIST 김주희 박사는 “Northwestern University와 2년간 공동 연구를 통해 달성한 성과로 땀 모니터링 디바이스 개발에 있어 기존의 땀 유도 방식의 한계를 해결했을 뿐 아니라, 임상 연구에도 성공함으로써 상용화에 한 걸음 더 가까워진 연구 성과”라고 연구의 의의를 밝혔다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부의 KIST 주요사업과 우수신진연구사업으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Biosensors & Bioelectronics」 (IF 12.6) 최신 호에 온라인 게재됐다.

글. 우정남 기자 insight1592@gmail.com