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당뇨 측정 ‘스마트 콘택트렌즈’ 국내서도 개발…"마이너리티 리포트 현실화 성큼"


출처:UNIST

콘택트렌즈로 혈당을 확인해 당뇨병 예방과 진단을 할 수 있는 기술이 국내에서 개발돼 이목을 끌고 있다. 이 기술이 상용화되면 당뇨병 환자들은 혈당을 재기 위해 더 이상 고통스럽게 피를 뽑지 않아도 된다.

울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 박장웅 교수팀은 UNIST 전기전자컴퓨터공학부의 변영재 교수, 성균관대 신소재공학부 이정헌 교수와 공동으로 무선 스마트 콘택트렌즈를 개발해 세계적인 국제학술지 사이언스 어드밴스를 통해 최근 발표했다. 렌즈에 장착된 센서가 눈물 속 포도당을 감지해 LED가 켜지면 정상이고, 꺼지면 혈당이 높다는 것을 의미한다는 내용이다.

혈당 정상일 때만 LED 켜져

당뇨병은 혈액 내 포도당 농도가 높은 상태가 지속되는 병으로, 다양한 합병증으로 이어질 수 있는 만큼 철저한 관리가 중요하다. 그동안 당뇨병 환자들은 혈액을 직접 채취해 혈당을 확인해야 했지만 눈물로도 혈당을 측정할 수 있기 때문에 콘택트렌즈를 통해 당뇨병을 모니터링 하는 기술을 개발하려는 시도들이 이어져왔다.

이번 무선 스마트 콘택트렌즈를 개발한 공동 연구진은 이미 사람들에게 익숙한 상용화된 소프트 콘택트렌즈 물질을 기판으로 혈당을 모니터링 할 수 있는 무선 스마트 콘택트렌즈를 개발하는 데 성공했다. 이 렌즈는 기판 위에 '고감도 포도당 센서'를 넣어 눈물 속 포도당 농도를 감지하고 결과는 센서와 함께 장착된 LED 디스플레이로 표시하는 방식이며 센서와 LED를 작동시키는 전기는 무선 안테나로 전달된다.

포도당 센서는 눈물 속 포도당 농도에 따라 달라지는 전기신호를 감지해 혈당이 정상일 때 LED 디스플레이를 밝히고, 혈당이 높으면 LED는 꺼진다. 이 렌즈는 기판과 전극이 모두 투명해 시야를 가리지 않으며 혈당 측정과 표시에 필요한 소자가 렌즈 하나에 집적돼 다른 측정기기 없이도 간단하게 당뇨병을 진단할 수 있다는 게 연구진의 설명이다.

출처:UNIST

연구진이 이 스마트 콘택트렌즈를 토끼에 착용시켜 혈당 측정 실험을 실시한 결과 토끼가 렌즈 착용에 거부감을 보이지 않았고 착용 중인 상태에서 눈물 내 포도당 농도를 증가시키자 LED가 꺼지는 것으로 확인됐다. 스마트 콘택트렌즈를 작동시키는 과정에서 열이 발생하지 않았으며 렌즈 모양이 조금 변형되거나 눈물 속 다른 물질에 노출돼도 센서의 기능이 변질되지 않았다.

하지만 이 스마트 콘택트렌즈는 작동을 위해 아주 작은 전력이라도 필요하며 데이터를 수신할 다른 장치도 필요하다는 게 단점으로 지적된다.

미국 하버드대와 매사추세츠공과대(MIT)의 공동 연구팀은 이에 대한 대안으로 바이오 잉크를 이용한 스마트 문신을 내세운다. 이 공동 연구팀이 ‘더말 어비스(Dermal Abyss)’라는 이름의 프로젝트 하에 개발한 바이오 잉크는 포도당 성분과 반응해 색상이 변하는 화학 물질이다. 마치 산성인지 염기성인지에 따라 색이 변하는 리트머스 종이처럼 포도당 농도에 따라 녹색에서 갈색으로 색이 변한다.

물론 바이오 잉크도 인체에 무해한지 검증이 필요하며, 검증되더라도 기본적으로 실제 혈관 속의 피가 아니라 조직 사이의 간질액의 당 성분에 반응하는 방식이기 때문에 혈당과 약간 차이가 난다는 점도 감안해야 한다. 이 문제는 눈물 속의 당 성분을 검출하는 스마트 콘택트렌즈도 마찬가지다.

출처:UNIST

 

구글·삼성도 스마트 콘택트렌즈 개발에 역량 쏟아

당뇨병 환자의 혈당을 확인하는 스마트 렌즈 개발은 이번이 처음은 아니다. 앞서 구글은 이미 눈물 성분을 분석해 혈당량을 측정하는 스마트 콘텍트렌즈 특허 2개를 보유하고 있다. 콘텍트렌즈에 부착된 소형화된 센서와 마이크로칩이 환자의 눈물로 혈당치를 측정해 무선으로 모바일 단말기에 데이터를 전송하는 게 이 기술의 골자다. 전송된 데이터는 클라우드를 통해 헬스키트인 구글핏에서 관리된다. 구글은 지난 2014년 글로벌 제약사인 노바티스와 손잡고 2014년 혈당 측정 스마트 콘택트렌즈 시제품을 선보이기도 했다.

혈당 측정 외에 다른 기능의 의료용 스마트 콘택트렌즈도 개발되고 있다. 예를 들어 센시메드가 개발한 안압 측정 렌즈가 있다. 하지만 기판이 단단한 하드 콘택트렌즈로 개발돼 널리 보급하는 데에는 성공하지 못했다.

이처럼 스마트 콘택트렌즈는 우선 질환을 측정하는 용도로 개발되고 있지만 궁극적으로는 증강현실(AR)이 적용되고, 사진 촬영도 가능하며, 눈 깜박임으로 눈앞에 펼쳐지는 영상들의 제어가 가능해지는 등 다양한 기능들을 담는 기기로 진화해 나갈 전망이다. 영화 ‘마이너리티 리포트’의 장면이 현실로 펼쳐지는 것이다.

삼성전자는 AR 기능을 구현하는 스마트 콘택트렌즈 특허출원을 발표한 바 있다. ‘증강현실을 위한 스마트 콘택트렌즈와 그 제조 및 동작방법’이라는 이름으로 특허 출원된 이 스마트 콘택트렌즈는 카메라와 동작 감지 센서, 트랜스미터 디스플레이가 탑재된 렌즈가 스마트폰과 연동돼 착용자가 윙크 등의 신호를 보내고 신호를 받은 스마트폰은 렌즈에서 볼 수 있는 사진이나 동영상을 전송한다.

UNIST 박장웅 교수는 자신이 속한 공동 연구진이 개발한 스마트 콘택트렌즈 관련 "실제 소프트 콘택트렌즈와 유연한 전자소자를 결합하는 방식으로 '웨어러블 전자소자'를 만들 수 있게 됐다"며 "영화 '마이너리티 리포트'나 '미션 인파서블'에 나오던 첨단 콘택트렌즈를 구현하는 데도 한 걸음 다가갔다"고 설명했다.

출처:셔터스톡

[메디컬리포트=강현주 기자]


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