KIST, 당뇨병 진단용 스마트 콘택트렌즈 만들었다

[이데일리 오희나 기자] 국내 연구진이 당뇨병에 대해 보다 간편하고 정확한 자가 진단 및 관리가 가능한 콘택트렌즈형 센서 플랫폼을 개발하고, 실제 제품 제작에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 송용원 박사 연구팀은 눈물을 이용한 당뇨병 진단이 가능하도록 콘택트렌즈형의 진단기기를 개발하고, 전체 기기를 이루는 각 요소기술에 대한 시제품 제작에 성공했다고 10일 밝혔다.

구글을 포함해 세계 다수의 그룹에서 그동안 개념적으로만 발표 했던 콘택트렌즈형 센서를 실물로 제작하게 된 것은 큰 기술의 진보로 평가 되고 있다.

콘택트렌즈형 당뇨센서의 실제 작동을 위해서는, 눈물 속 미량의 글루코스를 검출해 낼 수 있는 높은 감도와 눈물 속 여러 가지로 혼재 된 표지자 중 글루코스만 선별적으로 검출할 수 있는 높은 선택도가 보장된 센서가 필수적이다.

또한, 인체 정보를 갖고 있는 Basal tear를 눈에 자극 없이 안정적으로 포집할 수 있는 기술, 센서 운용 및 측정 데이터의 외부 통신을 위한 집적 회로 설계·제작 기술, 그리고 전원 공급을 위한 박막 2차전지 기술이 동반 돼야 한다.

선택도 (selectivity)는 눈물 속에는 당뇨병의 척도가 되는 글루코스 뿐 아니라 ascorbic acid나 uric acid와 같은 다른 표지자도 같이 존재하게 된다. 이러한 다른 표지자와 섞여있는 글루코스만을 골라서 측정을 해야 정확한 당뇨병 진단으로써 실질적 가치가 있다.

이번 기기는 인체내 또는 피부 내층에 이식·삽입하지 않고, 사용자의 접근성과 편의성을 고려해 당뇨병을 지속적으로 체크 할 수 있는, 비침습형 자가구동 인체친화·호환형 모니터링 플랫폼이다. 기존의 혈액을 이용하는 방식의 한계를 극복하기 위해 눈물 내의 표지자를 이용한 모니터링 방식으로, 콘택트렌즈 상에 초소형, 초고감도 센서 플랫폼을 구현해 질병 등의 건강 상태를 모니터링한다.

기존의 당뇨병 자가 모니터링 방법은 고통을 수반하는 혈액채취 방법에 의존하며, 큰 측정 편차로 인해 장기간 지속적인 모니터링이 필수적이었다.

이에 연구진은 비침습 방식을 통해 눈물 속 질병 표지자의 농도를 간편하면서도 지속적으로 측정할 수 있는, 무통의 자가기능이 가능한 접안형 진단 플랫폼의 구축했다. 고감도·고선택도의 센서 부분, basal tear의 안정적 공급을 위한 미세배관 부분, 전력 공급을 위한 박막배터리 부분, 센서와 데이터의 통신을 위한 칩 부분 등의 기술이 집약된 플랫폼이다.

인체의 정보를 갖는 눈물은 항상 안구를 코팅하고 있는 basal tear로서 이의 안정적 포집을 위해 콘택트렌즈상에 미세 배관 구조를 도입해 약 7 μL의 눈물을 15초내에 포집이 가능하다.

초소형 플렉서블 박막 2차전지를 렌즈상에 적합화해 센서의 자가 구동과 지속적인 모니터링을 가능케 하고, 초소형 집적 모듈에 전력을 공급해 센싱 신호의 외부 통신이 가능하게 했다.

센서 운용 및 외부 통신 모듈은 최종적으로 1 x 1 mm의 칩으로 제작될 예정이며, 현재 4 x 4 mm의 테스트용 칩 제작을 마친 상태다.

개발된 플랫폼은 투명 소재·소자와의 융합으로, 궁극의 휴대용 디스플레이로서의 확장이 가능하며, 컨텐츠의 장착이 가능한 형태로 진화가 가능할 것으로 전망된다.

KIST의 차세대반도체연구소를 기반으로 하는 연구팀은 센서, 재료, 시스템 등 다양한 분야의 전문가들이 참여한 BT·NT·ET·IT 융합 연구팀으로 2011년부터 스마트 콘택트렌즈 개발을 위한 기술을 연구해 오고 있다. 연구팀은 현재, 구현된 각 요소 기술에 대한 시제품들이 결합된 전체 플랫폼 구성과 전체적 성능향상에 대해 연구를 계속하고 있다. 약 2년 후 결합된 플랫폼 시제품이 도출되게 되면 상용화를 목표로 식약처 인증 절차를 진행 할 예정이다.

KIST 송용원 박사는 “이번 연구결과는 스마트 콘택트렌즈의 현실화에 대한 가능성을 보여줘 우리나라의 관련 분야 세계 기술 선도 및 신시장 창출이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이어 “개발된 콘택트렌즈는 다양한 질병진단과 신약개발 등을 위한 플랫폼으로 진화할 예정”이라며 “정보통신 기술 연계로 응용 분야를 확장 할 계획”이라고 부연했다.

이번 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 ‘바이오의료기술개발사업’의 일환으로 수행됐으며, 제작된 시제품은 13일부터 3일간 일산 KINTEX에서 열리는 ‘2016 NANO KOREA’에 전시될 예정이다.