[붙임] 연구결과 개요

1. 연구배경

질병진단을 위해 신체적 변화를 감지하는 웨어러블 전자소자(wearable electronics)에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 신체적 변화를 보여주는 생물지표(biomarker)를 실시간으로 감지하는 바이오센서 기반의 플랫폼 개발도 활발하다. 콘택트렌즈를 착용한 상태에서 생체신호를 모니터링하는 기술이 대표적이다.

콘택트렌즈 기반의 생체신호 모니터링 기술에는 금이나 ITO(indium tin oxide)을 이용해 전극을 만들어왔다. 그러나 이런 소재들은 불투명하거나 신축성이 부족해 웨어러블 전자소자로 만드는 데 한계가 있었다. 이 문제를 해결하기 위해 전자소자를 만드는 소재나 형태에 변화를 줘 신축성을 부여하는 방식이 활발하게 개발 중이다. 또 이런 재료를 이용한 웨어러블 센서 플랫폼 제작을 위한 연구도 다양하다.

본 연구에서는 신축성 전극 소재를 이용해 소프트 콘택트렌즈 위에 ‘안테나-정류회로-포도당 센서(glucose sensor)-LED 디스플레이’를 집적시켰다. 그 결과 눈물로 체내 포도당 진단 결과를 LED로 표시해 간편히 확인하는 플랫폼을 구현해 차세대 웨어러블 전자소자 연구방향을 제시했다.

2. 연구내용

이번 연구에서는 신축성 전극 소재를 이용해 무선 구동용 안테나를 제작하고, 콘택트렌즈 위에 포도당 센서와 정류회로 및 LED 디스플레이를 집적화했다.

포도당 센서는 포도당 농도 증가에 따른 저항 변화에 민감해 사람 눈물 속 포도당 농도가 미세하게 변하는 것까지 감지할 수 있다. 전체적인 스마트 콘택트렌즈의 기판은 소프트 콘택트렌즈 물질을 기반으로 만들어졌다. 여기에 일반적인 전자소자(포도당 센서, 정류회로, LED)를 집적시키면서도 물리적으로 변형돼 파괴되는 것을 막기 위해 새로운 구조로 설계했다. 사람이 착용했을 때 안정적으로 느끼면서도 유연하면서 투명하게 만드는 구조다.

눈물을 통해 당뇨병을 검진할 수 있는 웨어러블 전자소자인 ‘스마트 콘택트렌즈’는 검진 결과를 렌즈 내에 집적화된 LED 디스플레이 소자로 즉각 표시한다. 그 덕분에 사용자는 자신의 당뇨병 등 다양한 생체신호를 간편하게 확인할 수 있다. 이는 복잡한 측정기기를 이용해 웨어러블 센서가 측정한 결과를 분석하고 진단하는 기존의 웨어러블 센서보다 크게 진보된 웨어러블 센서 플랫폼의 가능성을 제시한 것이다.

3. 기대효과

본 연구에서 제작된 콘택트렌즈 센서는 인간이 착용했을 때 시야를 가리지 않는다. 또 질병 진단에 이용되는 물질을 무선으로 감지해 검사 결과를 표시할 수 있다. 따라서 인간의 질병을 감지하고 치료할 수 있는 바이오센서로 발전 가능하며, 차세대 웨어러블 전자소자의 구성요소로도 적합하다.

[붙임] 용어설명

1. 사이언스 어드밴스(Science Advances)

미국과학진흥협회(American Association for the Advancement of Science, AAAS)에서 창간한 과학학술지다. AAAS에서 발행하는 대표적인 학술지인 사이언스(Science)의 자매지로 2015년에 처음 출판돼 과학 및 공학 관련 융·복합 분야 최고 권위지로 성장 중이다.

2. 안테나

특정 영역의 주파수대의 전기 신호를 전자기파로 바꾸거나 그 반대로 전자기파를 전기 신호로 바꾸는 역할을 하는 장치다. 이번 연구에서는 스마트 콘택트렌즈에 무선으로 전력을 전달하는 데 사용했다.

3. 포도당 센서(glucose sensor)

눈물 내 함유된 포도당의 농도를 전기적 신호(저항)로 나타내는 전자소자. 이번 연구에서는 콘택트렌즈 위에 포도당 센서를 제작함으로써 비침습적으로 체내 포도당 농도를 감지할 수 있도록 했다.

4. 정류회로

안테나로부터 받은 교류신호(AC)를 포도당 센서와 LED 같은 일반적인 전자소자를 구동할 수 있는 직류신호(DC)로 바꾸어주는 전자회로. 일반적으로 정류회로는 다이오드와 커패시턴스가 연결되어 있는 형태로 제작된다.

[붙임] 그림 설명