피부에 붙이기만 해도 혈당을 실시간으로 측정하는 마이크로니들 패치의 사용감과 성능을 크게 개선하는 기술이 나왔다. 혈당 관리가 쉽지 않은 당뇨병 환자의 삶의 질을 회복하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
이원령 한국과학기술연구원(KIST) 바이오메디컬융합연구본부 선임연구원이 이끄는 연구진은 21일 “광패턴 기술을 이용해 피부 접착제와 젤 전해질을 융합한 마이크로니들 혈당 센서를 개발했다고 밝혔다.
마이크로니들은 두께 1㎛ 이하의 얇은 바늘을 이용해 피부에 붙여 고통 없이 약물을 주사하거나 신체 성분을 측정하는 기술이다. 일반적인 바늘과 달리 두께가 얇아 피부에 찌르더라도 별다른 느낌이 들지 않아 의약품, 백신, 화장품을 비롯한 다양한 산업 분야에 활용되고 있다. 글로벌 시장 조사기관 퓨처 마켓 인사이트에 따르면 2020년 전 세계 마이크로니들 산업 규모는 6억3000만달러(약 8533억원)에서 2030년 12억달러로 2배 가량 성장이 예상된다.
다만 기존 마이크로니들은 무게 5g, 바늘 길이 5㎜ 수준으로 사용감이 불편하고 피부에 고정하려면 강한 접착제를 사용해야 한다. 피부에 밀착되지 않으면 일상 생활을 하면서 쉽게 떨어지거나 측정 신호가 끊기는 한계도 있다. 약물을 주사하기 위해 짧은 기간 사용에는 문제되지 않지만 장기간 혈당을 측정하는 센서로 활용하려면 사용감을 개선한 마이크로니들 기술 개발이 필요하다.
KIST 연구진은 광패턴 기술을 활용해 젤 전해질과 피부 접착제를 마이크로니들 기판 위에 직접 패턴화해 이런 문제를 해결했다. 젤 전해질은 피부와 마이크로니들 전극 사이의 미세한 간격을 채우는 역할을 한다. 이를 위해서는 기판 위에 일정한 패턴으로 젤 전해질이 코팅해야 한다. 그러나 미세한 바늘이 있는 마이크로니들 기판에서는 복잡한 공정이 필요해 생산 비용이 높아져 상용화에 어려움이 있던 상황이다.
연구진은 자외선(UV)을 이용해 고분자를 단단하게 굳히는 ‘광패턴’ 기술을 적용했다. 고무 성분인 엘라스토머로 만든 피부 접착제와 젤 전해질을 마이크로니들 기판에 올린 후 UV를 쏴 피부 부착 능력을 높였다. 이렇게 만들어진 마이크로니들 센서는 혈당을 측정할 수 있도록 했다.
마이크로니들 혈당 센서를 붙인 후 인슐린 분비를 억제해 혈당 변화를 측정할 수 있는지 확인했다. 확인 결과, 실험 시작 후 5분 뒤 ㎠당 33.42㎂였던 전류는 60분 후 61.85㎂로 증가하는 것으로 나타났다. 같은 시간 혈당 측정기로 측정했을 때 7.2mM에서 60분 후 13.5mM로 증가한 것과 같은 패턴으로 나타났다. 실험 중에 쥐의 피부에서 염증반응이나 신호 끊김도 발견되지 않아 안정적으로 정확한 혈당 측정이 가능한 것으로 나타났다.
연구진은 이번에 개발한 마이크로니들 패치를 활용하면 당뇨병 환자들의 건강 관리에 도움을 줄 수 있을 것으로 전망했다. 당뇨병 환자는 혈당 수치를 지속적으로 확인해야 해 일상생활에 문제를 겪는 만큼 간편한 혈당 측정 기술로 삶의 질을 개선할 수 있다는 기대다.
이 선임연구원은 “이번 연구로 당뇨병 환자의 건강 관리에서 혁신적인 개선을 이룰 수 있을 것으로 기대하고 있다”며 “당뇨병 환자들에게 건강한 삶을 찾을 수 있다는 희망을 주고 싶다”고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지 ‘디바이스’에 21일 소개됐다.