△ 광치료 의료기기 신기술이 잇따라 등장하고 있다.

국내에서 신개념 광치료 의료기기 개발이 성과를 내고 있다.

22일 의료계 등에 따르면 국내 연구진들은 최근 췌장암만 정밀 제거 '3차원 마이크로 LED, 치매 기억 되살리는 적색 OLED, OLED과 직물을 통합해 착용 가능한 생체신호 장치 등의 개발에 성공했다.

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 이건재 교수팀은 최근 울산과학기술원(UNIST) 권태혁 교수팀과 함께 췌장 전체를 둘러싸 빛을 직접 전달하는 '3차원 마이크로 LED' 장치를 개발했다.

췌장암은 2기부터 종양 주변에 단단한 방어막(종양 미세환경)이 생겨 수술이 어렵고, 항암제·면역세포도 침투하기 힘들어 치료 성공률이 낮다.

이를 극복할 대안으로 광역동치료(Photodynamic Therapy)가 주목되고 있다.

암세포에만 붙는 약물(광감각제)에 빛을 쏘아 암 조직을 파괴하는 방식이다.

기존 레이저로는 췌장처럼 깊은 장기까지 빛을 전달하기 어렵고, 강한 빛은 정상 조직을 손상시키는 문제가 있다.

연구팀은 문어 다리처럼 자유롭게 휘어지고 췌장 표면에 밀착되는 '3차원 마이크로 LED 장치'를 고안했다.

이는 췌장 모양에 맞춰 스스로 감싸며 약한 빛을 오래·고르게 전달해 정상 조직은 보호하고 암세포만 정밀하게 제거한다.

실제 살아있는 쥐에 적용한 결과, 3일 만에 종양 섬유조직이 64% 감소했고, 손상됐던 췌장 조직이 정상 구조로 회복되는 효과가 확인됐다.

연구팀은 췌장암 치료의 가장 큰 장벽인 종양 미세환경을 직접 제거하는 새로운 광치료 패러다임을 제시했다는 점에서 큰 의의가 있다고 설명했다.

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 최경철 교수팀은 최근 한국뇌연구원(KBRI) 구자욱·허향숙 박사팀과 함께 균일 조도의 청색·녹색·적색 등 3색 OLED 광자극 기술을 개발하고 색 가운데 '적색 40Hz 빛'이 알츠하이머 병리와 기억 기능을 가장 효과적으로 개선한다는 사실을 확인했다.

연구팀이 균일하게 빛을 내는 OLED 기반 광자극 플랫폼을 활용해 백색·적색·녹색·청색 빛을 동일한 조건(40Hz 주파수·밝기·노출시간)에서 비교한 결과, 적색 40Hz 빛이 가장 우수한 개선 효과를 보였다.

초기 병기(3개월령) 동물 모델은 단 2일 자극만으로도 병리 및 기억력이 개선되는 것을 확인했다.

초기 알츠하이머 동물 모델에 하루 1시간씩 이틀간 빛을 쬔 결과, 백색·적색 빛 모두 장기기억이 향상되었고, 해마 등 중요한 뇌 영역에 쌓여 있던 알츠하이머병의 대표적인 원인 물질로 알려진 단백질 찌꺼기 '아밀로이드베타(Aβ) 플라크'가 줄었다. 플라크를 제거하는 데 도움이 되는 효소(ADAM17)는 더 많이 만들어졌다는 사실도 확인했다.

즉, 아주 짧은 기간의 빛 자극만으로도 뇌 속 나쁜 단백질이 줄고, 기억 기능이 개선될 수 있다는 의미라고 연구팀은 설명했다.

중기 병기(6개월령) 모델에서는 적색 빛에서만 통계적 병리 개선이 확인됐다. 중기 알츠하이머 모델을 대상으로 2주간 동일 조건으로 장기 자극을 수행한 결과 백색·적색 모두 기억력 향상은 있었지만 플라크 감소는 적색에서만 통계적으로 유의미하게 나타났다.

이번 연구는 약물 없이 빛만으로 인지 기능을 개선하고, 색상·주파수·기간 조합을 통해 알츠하이머 병리 지표를 조절할 수 있음을 최초로 규명한 성과라고 연구팀은 주장했다.

개발된 OLED 플랫폼은 색·밝기·깜박임 비율·노출 시간을 세밀하게 조절할 수 있어 사람 대상 임상 연구에서 개인별 맞춤 자극 설계에도 적합하다고 덧붙였다.

연구팀은 앞으로 일상생활 속에서 치료할 수 있는 웨어러블 OLED 전자약이 알츠하이머 치료의 새로운 패러다임을 제시할 것으로 내다봤다.

경희대학교 미래정보디스플레이학부 전용민 교수팀은 최근 신축 가능한 OLED를 직물에 통합해 입을 수 있는 생체신호 장치를 개발하고 일상생활에서 안정적이고 신뢰성 있는 건강 모니터링이 가능한 웨어러블 생체신호장치를 개발했다.

연구팀은 일본의 종이 공예 기법에서 유례된 '키리가미(Kirigami)' 패턴을 스트레처블 OLED의 전극 구조로 활용했다.

이는 미리 설계한 선대로 자른 뒤 종이를 펼치면 3차원 구조물이 생기는 식이다.

연구팀은 이 패턴을 활용해 최대 150%의 신축성을 달성했다. 섬유 기판에 전사한 후에도 100%의 신축성을 유지해 섬유 고유의 유연성을 해치지 않는 구조적 안정성도 확보했다.

연구팀이 개발한 스트레처블 OLED는 10,205 cd/m2의 고휘도를 유지했다. 또한 길이를 2배로 늘린 후에도 휘도 저하 없이 작동함을 확인했다. 다기능성 다층 베리어도 적용했다. 자외선 차단 및 방수 기능을 동시에 확보해 혹독한 외부 환경에서도 안정적인 장기 작동이 가능했다.

광혈류 측정 실험(PPG)도 실시했다. 60%의 신축 상태에서도 신뢰성 있는 PPG 신호를 확보했다. 특히 광원 세기 조절을 통해 신축으로 인한 신호 품질 저하를 보정해 인체 착용 시에도 생체신호를 정확하게 감지할 가능성을 입증했다.

이 연구는 늘어나고 줄어들 수 있는 OLED를 직물에 통합한 최초의 사례다. 신축 가능한 OLED는 피부 주름이나 관절 부위에서도 자유롭게 움직일 수 있다. 활동 중에도 광혈류 측정이 가능하다. 이는 착용자 맞춤형 센서 플랫폼으로 개인의 신체 치수에 맞게 조정할 수 있다.

연구팀은 스마트 의류나 웨어러블 광 진단 센서 등 다양한 분야로의 응용 가능성을 제시했으며 특히 실시간 생체신호 측정과 건강 모니터링이 가능한 융합형 스트레처블 디스플레이 기술로의 확장 등을 기대했다.

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