피를 뽑지 않고 혈당을 측정할 수 있는 기기가 개발되고 있지만, 정확성과 장기 안정성, 다기능성을 동시에 갖춘 제품은 드물다. 최근 POSTECH(포항공과대학교) 신소재공학과·융합대학원 한세광 교수, 신소재공학과 정선아·김태연 박사 연구팀이 ㈜인핸드플러스(대표 이휘원) 연구팀과 함께 땀 속 혈당 농도를 정확하게 장기간  안정적으로 측정할 수 있고, 더 나아가 산소 농도와 심박수까지 확인할 수 있는 기술을 개발했다. 이번 연구는 바이오센서 분야 국제 학술지인 ‘바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스 (Biosensors and Bioelectronics)’ 온라인판에 게재됐다. 

당뇨병을 관리하려면 꾸준한 혈당 측정이 필수다. 하지만 매일 피를 뽑아 혈당을 확인하는 것은 상당한 부담이 된다. 이를 줄이기 위해 피부에 바늘이 달린 패치를 붙여 체액 속 혈당을 측정하는 등, 비침습적 센서 연구가 활발히 진행되고 있지만 2주 정도 사용하면 성능이 떨어지고, 피부 자극과 염증 유발▲(왼쪽부터)한세광 교수 정선아 박사 김태연 박사               의 문제가 있었다.

 이번 연구에서는 ‘땀’을 이용한 비침습적 혈당 측정에 주목했다. 연구팀은 땀의 흐름을 한 방향으로 제어하는 ‘테슬라 밸브(Tesla valve^*1 )’ 기반 마이크로 유체 시스템을 개발했다. 그리고 여기에 마이크로 LED 및 광센서(photodetector^*1 )로 구성된 광학 모듈과 혈당에 반응하는 광학 하이드로젤을 결합해, 스마트 워치 형태의 혈당 측정 시스템을 완성했다.

 땀은 테슬라 밸브를 통해 흐르면서 센서에 닿는다. 센서는 혈당에 따라 형광 신호를 발생시키고, LED와 광센서가 이 신호를 전자 신호로 변환한다. 이렇게 변하는 형광 세기를 통해 실시간으로 혈당 수치를 확인할 수 있다.

 연구팀이 개발한 스마트 워치는 땀에 포함된 0.01~1mM(밀리몰) 수준의 혈당도 정확하게 측정했다. 30일 이상 장기 사용에도 민감도가 변하지 않았으며, 실제 혈당 수치와 높은 상관성을 보여 신뢰성을 입증했다. 또한, 연구진은 서로 다른 빛의 파장을 활용해 혈당뿐만 아니라 산소 농도와 심박수까지 동시에 측정할 수 있는 다기능 헬스케어 시스템으로도 활용 가능함을 확인했다. 

연구를 이끈 한세광 교수는 “스마트 워치와 결합된 광학 기반 연속 혈당 측정 시스템은 혈당 측정을 더 쉽고 편리하게 만들며, 당뇨 환자들의 불편함을 줄일 수 있을 것”이라며 “이 기술은 당뇨뿐만 아니라 다양한 만성 질환 모니터링에도 적용 가능해 활용 잠재력이 높다”라고 전했다.

 한편, 이 연구는 범부처전주기의료기기연구개발사업, 과학기술정보통신부 브릿지 연구사업, 문화체육관광부 한국콘텐츠진흥사업의 지원을 받아 수행됐다. 

1. Tesla valve: 유체가 정방향으로 흐를 때는 큰 저항 없이 통과시키지만 역방향으로 흐를 때는 소용돌이를 일으켜 흐름을 방해함으로써 체크 밸브처럼 역류를 방지하는 한 방향 유체 제어 밸브다.

2. Photodetector: 외부 빛 자극에 의해 생성된 전자로부터 신호를 감지하는 광센서다.