혈당 농도 측정 정확도 높인 당뇨패치 기술 개발

패치 형태 다양한 바이오센서 시스템 활용 기대







[한의신문=김대영 기자] 그래핀 소자로 만든 다기능 센서를 활용해 혈당 농도 측정의 정확도를 높인 당뇨패치 기술이 개발됐다.

향후 전자 피부나 패치 형태의 다양한 바이오센서 시스템에 광범위하게 활용될 수 있을 전망이다.



22일 미래창조과학부 산하 기초과학연구원 나노입자연구단에 따르면 그래핀 복합체를 활용, 땀을 통해 혈당을 정확히 측정하는 전기화학 센서와 필요 시 약물을 자동으로 주입하는 마이크로침을 개발‧통합해 당뇨패치 전자피부를 선보였다.



금을 도핑한 그래핀과 투명도 높은 그물 구조의 금을 적층해 복합체를 만들고 그 위에 산성도, 습도, 압력 및 당 센서를 얹어 시스템화했다.



또 온도센서와 전기히터를 더하고 그 위에 특정온도(42℃)에서 녹아 약물을 배출하는 마이크로침을 부착해 약물전달시스템을 만들었다.

특정 온도에서 녹는 코팅을 입히고 히터를 부착시켜 혈당이 측정되면 히터에 의해 적절한 시점에 필요한 만큼의 코팅을 녹여 약물이 최적으로 투입되도록 설계한 것이다.



이들을 통합한 전자피부를 당뇨병에 걸린 실험용 생쥐에 적용, 실시간으로 혈당을 측정하고 필요 시 약물을 주입해 혈당을 조절할 수 있음을 입증했다.



전기화학센서의 경우 실제 사람을 대상으로도 실험을 진행, 땀을 통한 실시간 혈당 측정에 성공했다.

연구진은 산성도, 온도 및 습도 데이터를 활용해 땀 속 당 측정값을 보정, 보다 정확한 혈당 수치를 얻을 수 있었다.



이렇게 얻은 혈당 측정값이 기준치 이상일 경우 전기히터로 마이크로침을 녹여 상처를 내지 않는 비침습적 방법으로 체내에 약물을 주입하게 된다.



새롭게 개발된 당뇨패치 전자피부는 땀 속의 당 함량을 측정해 혈당을 계산하는 기존 시스템의 단점을 보완하고 여러 보정 센서들을 통해 비침습적 진단의 정확성을 올렸다.



이러한 시스템은 정확한 진단 및 약물 투입 방법의 일환으로 다양한 질병에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.



하지만 임상 단계 실험이 아직 남아 있으며 사용 수명 시간을 늘리고(현재는 하루 수차례 반복 사용 가능) 혈당 측정의 정확도를 높이는 일도 과제로 남아있다.



이번 연구를 주도한 김대형 연구위원(서울대 화학생물공학부 교수)은 “이 기술의 상용화가 이뤄져 전자 피부 또는 패치 형태의 다양한 바이오 센서 시스템에 광범위하게 활용되면 세계 300억달러 당뇨병 치료시장 선점에 도움이 될 것”이라고 기대했다.



연구결과는 세계적 권위의 학술지인 네이쳐 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 34.048) 3월22일자 온라인에 게재됐다.



한편 국민건강보험공단에 따르면 2013년 기준으로 우리나라 30세 이상 성인 인구의 8.0%가 당뇨병을 앓고 있는 것으로 나타났다. 이는 2007년 6.1%, 2010년 7.1%에서 계속 증가하는 추세다.



대표적인 성인병이자 만성질환인 당뇨병은 서구화된 식습관의 영향으로 유병율이 늘고 있으며 노령사회로 진입하면서 환자수가 지속적으로 증가할 것으로 보인다.



당뇨병은 아직 근본적인 치료법이 발견되지 않았기 때문에 환자들은 주기적으로 바늘을 찔러 혈당을 진단하고 이를 낮추기 위한 인슐린 주사도 맞아야 하는 고통과 번거로움을 견뎌내야 하는 실정이다.



*용어설명*

○ 그래핀복합체(Graphene hybrid)

그래핀은 탄소원자 1개의 두께로 이뤄진 벌집형태의 구조를 가진 소재로 물리적, 화학적, 광학적 특이성을 활용해 다양한 응용분야에서 연구되고 있다. 이번 연구에서는 금이 도핑된 그래핀과 금속 그물(mesh)구조를 적층해 투명도가 높으면서도 전기적·기계적·전기화학적 특성이 우수한 전극을 만들었다. 포토리소그래피를 통해 선택적으로 외부에 노출시킨 그래핀 복합체에 기능성 물질들을 전기 도금해 여러 센서를 제작했다.



○ 마이크로침(Microneedles)

마이크로침은 각질층 두께(10~20μm) 이상의 길이를 갖는 바늘로, 피부를 통해 약물을 전달하는데 사용된다. 미세한 마이크로침을 이용한 약물전달시스템은 사용과정에서 통증을 거의 유발하지 않는 장점이 있다.