땀으로 건강상태 실시간 확인… 땀 분석 무선 전자패치 개발

카이스트 권경하 교수팀

땀 체적 유량과 총 손실을 실시간으로 측정하는 피부 부착형 무선 전자패치.

카이스트(KAIST) 권경하(전기및 전자공학부) 교수와 성균관대 김종욱(화공과) 박사과정 연구원이 땀의 체적 유량 및 총 손실을 실시간으로 측정하는 무선 전자 패치(사진 및 모식도)를 개발하는데 성공했다고 6일 밝혔다.

연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’ 최근호에 발표됐으며, 미국 노스웨스턴대 존 로저스 교수, 보스턴 소재 웨어리파이(Wearifi)사와 공동으로 특허 출원이 진행 중이다.

땀은 비침습적으로 수집할 수 있는 생체 유체로, 혈액 채취와 비교해 채취가 쉬워 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 가능한 것이 장점이다.

다만 정확한 측정이 이뤄지려면 땀의 유량과 총 손실을 실시간으로 측정하는 기술이 필요하다.

이에 연구팀은 땀의 정량적 속도 및 체적 측정이 가능한 웨어러블 무선 전자 패치를 개발하고, 변색 반응을 이용해 땀 성분 분석이 가능한 미세 유체 시스템과 통합했다.

이어 땀에 포함된 염화물과 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.

이는 땀이 수집되는 짧고 정교한 미세 유체 채널 외벽에 저전력 열원을 배치해 채널을 통과하는 땀과 열 교환을 유도하면서 가능해졌다. 땀의 유속이 증가함에 따라 열원의 하류와 상류의 온도 차이가 증가하는 것에 착안, 상·하류 온도 차이와 땀의 배출 속도 간의 정확한 관계를 규명해낸 것이다.

권경하 KAIST 전기및전자공학부 교수

그 결과, 생리학적으로 유의미하다고 인정되는 0~5마이크로리터/분(μl/min) 범위의 땀 속도를 정확하게 측정할 수 있었고, 웨어러블 패치로 측정한 데이터는 블루투스 통신이 가능한 스마트폰 앱을 통해 실시간 확인이 가능해졌다. 

동시에 미세 유체 채널을 통과하는 땀과 전자 회로가 완전히 분리돼 유체와의 접촉으로 인한 부식 및 노후화에 취약한 기존 측정기기들의 단점도 극복했다. 땀 배출로 인한 피부 온도 변화를 실시간으로 감지하는 센서도 부착해 다양한 응용 분야에서 활용이 기대된다.

권 교수는 “개인별 수분 보충 전략, 탈수 증세 감지 및 기타 건강 관리에 폭넓게 활용할 수 있다”면서 “피부 표면 근처의 혈관에서 혈류 속도를 측정하거나, 약물의 방출 속도를 실시간으로 측정해 정확한 투여량을 계산하는 등 체계화된 약물 전달 시스템에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

대전=임정재 기자 [e-mail]