△ 신개념 의료기기 기술이 잇따라 개발되고 있다.

국내에서 신개념 의료기기 기술을 잇따라 개발해 상용화 기대감을 높이고 있다.

2일 의학계 등에 따르면 국내 연구진이 인슐린 주사 대체 인공 췌장 기술, 고신축성 압전 섬유 센서, 생체신호 동시 측정 초소형 반도체 등을 개발하는데 성공했다.

순천향대 의과대학 재생의학교실 이병택 교수팀은 최근 지방 유래 줄기세포(ADSCs)와 췌도세포를 신장 세포외기질(k-ECM) 기반 지지체에 공동 이식하는 방식의 조직공학 인공췌장 기술을 개발했다.

연구팀은 기존에 기능 저하 등의 이유로 폐기되던 '표준 미달 췌도세포'에 주목했다. 이들 세포가 분비하는 사이토카인과 성장인자, 세포외기질 신호가 지방 유래 줄기세포를 인슐린 생산세포(IPCs)로 분화시키는 생체 신호원 역할을 한다는 사실을 확인한 것이다.

또 세포를 제거한 신장 조직의 지지체만 남긴 신장 세포외기질(k-ECM)을 활용해 혈관 형성을 촉진하고 이식 세포의 생존 환경을 개선했다.

실제 제1형 당뇨병 동물모델에 적용한 결과 혈관 재형성이 증가하고 체내 인슐린 분비 기능이 회복됐으며 체중 감소 등 질환 악화가 억제된 것으로 나타났다.

연구팀은 제1형 당뇨병은 물론 제2형 당뇨병 치료에도 적용 가능한 플랫폼 기술로 발전시켜 조직공학 인공췌장의 상용화를 앞당긴다는 계획이다.

한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 김미소 교수팀은 최근 원래 길이의 6.7배인 최대 668%까지 늘어나도 안정적으로 전기 신호를 만드는 고신축성 압전 섬유 센서를 개발했다.

이 센서는 배터리 없이 움직임과 압력만으로 전기를 만드는 자가발전 방식이어서 장시간 부착하는 웨어러블 의료기기에 활용 될 수 것으로 보인다.

압전 고분자는 힘을 받으면 전기를 만드는 소재다. 가볍고 유연해 몸에 붙이는 센서에 적합하다. 다만 기존 압전 섬유 센서는 반복적으로 늘어나거나 구부러지면 전기를 모으는 전극층과 전기를 만드는 압전층이 손상돼 신호가 약해지는 한계가 있었다. 신축성을 높이려고 섬유를 코일 형태로 감으면 더 크게 늘릴 수 있지만 전기적 안정성을 유지하기는 더 어려웠다.

연구팀은 소재부터 전극, 전체 구조까지 여러 단계에서 변형에 강하도록 설계하는 '계층적 복원 설계' 전략으로 이 문제에 접근했다. 고무줄이 반복해 늘어나도 원래 형태로 돌아오듯, 센서도 변형 후 스스로 성능을 회복하도록 한 것이다.

구체적으로는 압전 나노섬유 안에 탄성 고분자 미세 입자를 넣어 구조가 서로 맞물리게 했다. 벨크로처럼 서로 지지하는 효과를 내 센서가 늘어난 뒤에도 원래 형태로 돌아온다. 또 전극과 압전층의 서로 다른 재질을 점진적으로 이어 붙여, 크게 늘리거나 구부려도 두 층이 쉽게 떨어지지 않고 신호를 유지하도록 했다.

이 설계를 코일 형태에 적용해 최대 668% 신장 조건에서도 안정적인 출력을 확인했다. 센서는 늘어남·구부러짐·눌림 등 다양한 움직임에서 일정한 전기 신호를 냈다.코일뿐 아니라 매듭 형태로 만들어 충격이 가해지는 상황에서도 작동했다. 인공지능(AI)으로 신호를 분석한 결과 눌림·구부러짐·늘어남을 정확히 구분하는 것도 가능했다.

연구팀은 이 기술이 심박·호흡·관절 움직임·근육 활동 등 생체신호를 장기간 모니터링하는 웨어러블 의료기기로 이어질 수 있으며 디지털 헬스케어 기기와 전자 피부, 소프트 로봇용 감각 센서로도 적용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 내다봤다.

대구경북과학기술원(DGIST) 전기전자컴퓨터공학과 이정협 교수팀은 최근 '시분할 잡음성형 SAR ADC(아날로그-디지털 변환기)' 기반의 멀티채널 반도체 칩을 개발하고 실제 칩 제작과 동작 검증까지 완료했다.

웨어러블 기기는 피부 접촉 상태가 불안정하거나 사용자의 움직임이 큰 환경에서도 정확한 생체 신호를 측정해야 한다. 이를 위해서는 초고입력 임피던스와 넓은 입력 범위, 초저전력 특성을 동시에 갖춰야 하지만 기존 기술로는 이를 하나의 칩에서 구현하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 전력과 면적 소모가 큰 회로를 여러 채널이 공유하고 핵심 부품만 채널별로 배치하는 '시분할 3차 잡음성형 SAR ADC' 구조를 제안해 문제를 해결했다. 이를 통해 다채널 시스템의 회로 면적과 전력 소모를 크게 줄이면서 초소형·초저전력 칩 구현에 성공했다.

연구팀은 또 전력 소비를 최소화하는 CAIB 기법과 신호 왜곡을 보정하는 TD-CLA 기법을 적용해 세계 최고 수준의 성능을 확보했다.

연구팀은 이 기술이 땀이 없거나 전극 접촉이 느슨한 환경에서도 안정적인 측정이 가능해 장시간 건강 모니터링, 디지털 헬스케어 기기, 고정밀 의료기기 등에 활용될 것으로 기대했다.

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