땀 체적 유량 및 총 손실을 실시간으로 측정하는 피부 부착형 무선 전자 패치(제공:KAIST) © 뉴스1

KAIST 전기및전자공학부 권경하 교수 연구팀이 땀 검사로 건강 상태를 진단할 수 있는 전자 패치를 개발했다.

무선 전자 패치로 건강 관리에 폭넓게 사용할 수 있을 뿐 아니라 약물 전달 시스템에도 응용이 기대된다.6일 KAIST에 따르면 땀과 화학 시약의 변색 반응을 이용해 다양한 생체 지표 수집이 가능하지만, 정확한 측정을 하려면 땀의 유량과 총 손실을 실시간으로 측정하는 기술이 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, 상·하류 온도 차이와 땀의 배출 속도 간의 정확한 관계를 규명했다.

그 결과, 생리학적으로 유의미하다고 인정되는 0~5μl/min 범위의 땀 속도를 정확하게 측정하는 데 성공했다.

웨어러블 패치로 측정한 데이터는 블루투스 통신이 가능한 스마트폰 앱을 통해 실시간 확인이 가능하다.

유체(땀)의 열전달 효과를 이용해 비침습적으로 유속을 측정하는 원리를 보여주는 모식도(제공:KAIST)© 뉴스1

이 패치는 미세 유체 채널을 통과하는 땀과 전자 회로가 완전히 분리돼 기존 유속 측정 기기들의 유체와의 접촉으로 인한 부식 및 노후화에 취약하다는 단점을 극복했다.

또, 얇고 유연한 회로 기판 인쇄 기법과 신축성 있는 실리콘 봉합 기술을 접목해 다양한 굴곡을 가진 피부 위에 편안하게 부착할 수 있도록 제작됐다.

땀 배출로 인한 피부 온도 변화를 실시간으로 감지하는 센서도 부착돼 있어 다양한 응용 분야에서 활용이 기대된다.

권경하 교수는 “개발된 무선 전자 패치는 개인별 수분 보충 전략, 탈수 증세 감지 및 기타 건강 관리에 폭넓게 활용할 수 있다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’3월호에 게재됐다.


km5030@news1.kr