△ 국내에서 잇따라 신개념 패치를 개발했다.

국내에서 신개념 패치를 잇따라 개발, 웨어러블 의료기기의 혁신을 불러오고 있다.

28일 의학계 등에 따르면 국내 연구진이 주사 없이 대용량 약물을 빠르게 전달하는 '표면유체식 마이크로니들 패치, 자가치유 특성과 전자기파 차폐 기능을 동시에 갖춘 고신뢰성 ECG 패치, 땀 속 여러 대사산물을 동시에 실시간으로 분석할 수 있는 스마트 패치의 개발에 성공했다.

의료기기 제조사 SML 제니트리, 엘앤씨바이오, 리메드브레인스팀가 각각 쿠웨이트, 동남아시아 7개국, 중국에서 자사 주력 제품에 대한 공급계약을 체결하며 점유율 확대를 꾀하고 있다.

서울아산병원 재활의학과 전재용 교수와 의공학연구소 천화영 박사팀은 최근 서울과학기술대학교 윤현식 교수팀과 함께 주사 없이 대용량 약물을 빠르게 전달하는 '표면유체식 마이크로니들 패치(SFMNP, Surface Fluidic MicroNeedle Patch)'를 개발했다.

연구팀은 모세관력을 활용해 고용량의 약물이 스스로 피부 속 간질공간으로 유입되는 '표면유체식 마이크로니들 패치'를 만들었다.

모세관력은 액체가 아주 좁은 틈에서 외부 압력 없이도 스스로 퍼져나가는 힘이다.

연구팀은 모세관력을 활용하기 위해 크기가 큰 약물 저장소부터 1mm 크기의 홀, 미세한 마이크로니들까지 크기가 다른 통로를 계층적으로 연결한 연속 구조로 마이크로니들 패치를 설계했다.

즉 표면유체식 마이크로니들 패치에는 약물이나 조영제를 저장할 수 있는 크기가 큰 저장소가 포함되어 있으며, 저장소의 약물이 1mm 크기의 홀을 통해 패치로 이동하게 된다. 패치 표면과 피부 사이에 존재하는 미세 통로를 따라 모세관력 현상으로 약물이 퍼지면서 마이크로니들까지 자발적으로 도달하는 것이다.

연구팀은 먼저 기계적 삽입 실험 및 체외 실험(in vitro 모델) 등 기초 수준의 실험을 통해 마이크로니들 패치의 효능을 평가했다. 그 결과 약물이 모세관력에 의해 유입되는 것을 확인했으며 마이크로니들에 의해 생성된 약 0.2~0.3mm의 구멍을 통해 약물이 손실되지 않고 림프 모세혈관까지 성공적으로 도달한 것으로 확인됐다.

연구팀은 더 나아가 동물 모델(in vivo 모델)에 표면유체식 마이크로니들 패치를 부착해 림프조영술용 조영제를 주입시킨 결과, 10분 이내에 간질공간과 림프절까지 조영제가 도달한 것을 확인했다.

약물이 제대로 전달되었는지를 확인하는 형광신호강도가 기존 주사기와 거의 유사한 정도로 나타났으며, 2시간 이상 약물이 신체에 체류하는 것을 확인했다. 이는 간질공간의 압력이 병적으로 증가하는 림프부종 모델에서도 성공적으로 약물이 전달된 것을 확인했다.

표면유체식 마이크로니들 패치는 간단한 공정만으로 대량 생산이 가능하다. 패치 형태이기에 일회용으로 제작할 수 있어 감염 위험을 낮추고 환자의 편의성을 크게 높일 수 있다.

연구팀은 표면유체식 마이크로니들이 연속 대량생산 공정이 가능해 상용화 속도를 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대했다.

전북대학교 신소재공학부 전자재료공학전공 이한얼 교수팀은 최근 한국표준과학연구원(KRISS), 바이오프로테크와 함께 자가치유 특성과 전자기파 차폐 기능을 동시에 갖춘 고신뢰성 ECG 패치를 개발했다.

이 패치는 피부에 뛰어난 밀착성과 자가치유 기능을 갖췄고, 고습 환경에서도 잘 떨어지지 않아 장시간 안정적인 사용이 가능하다.

특히 EMI 차폐층은 저차원 물질인 MXene이 함유된 하이드로겔로 구성돼 기존 대비 약 2배 향상된 차폐 효율을 보였다.

개발 센서는 실시간으로 안정적인 심전도 신호를 측정할 수 있었으며 신호 대 잡음비(SNR) 역시 기존 대비 9배 이상 향상돼 실시간 정밀 측정 능력을 크게 높였다.

연구팀은 EMI 간섭, 수분 민감도, 전도성 저하 등 생체신호 센서의 기존 문제들을 동시에 해결한 것이 이번 연구의 가장 큰 성과로 무선 전송 시스템과 통합해 스마트 헬스케어 플랫폼으로 확장시킬 것으로 예상했다.

한국과학기술원(KAIST) 바이오·뇌공학과 정기훈 교수팀은 최근 땀 속 여러 대사산물을 동시에 실시간으로 분석할 수 있는 웨어러블 센서인 '스마트 패치'를 개발했다.

연구팀이 개발한 센서는 피부에 직접 붙이는 방식의 얇고 유연한 패치로 땀을 모으는 미세한 통로와 함께 빛을 이용해 땀 성분을 정밀 분석할 수 있는 초미세 광학센서인 나노플라즈모닉 구조로 돼 있다.

빛을 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 수준에서 조작해 분자의 성질을 읽어낼 수 있으며, 머리카락보다 가느다란 미세 유체 통로를 통해 땀을 정밀하게 제어할 수 있다.

패치는 내부에 적게는 6개에서 최대 17개의 챔버(저장 공간)가 있어, 운동 중 분비되는 땀이 순차적으로 각 챔버에 채워지는 미세 유체 구조로 설계돼 있다.

이를 통해 땀 속 여러 대사 성분을 동시에 분석할 수 있다.

연구팀은 실제 인체에 적용, 운동할 때 나오는 땀을 분석해 시간에 따라 달라지는 땀 성분의 변화를 연속적으로 추적하는 데 성공했다.

기존 기술은 두 가지 정도 성분만 검출할 수 있었지만 이번 연구를 통해 요산, 젖산, 티로신 등 대사·운동·질환과 관련된 중요한 체내 지표인 세 가지 대사 물질을 정량적으로 분석하고 이 대사 물질 농도가 운동과 식단에 따라 어떻게 달라지는지 확인했다.

인공지능(AI) 분석 기법을 적용해 땀 속에 혼합된 여러 성분 가운데 원하는 대사산물의 신호만 정확하게 분리할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

달리기, 마라톤, 헬스 등 운동 중에 발생하는 지구력과 근육량의 변화를 파악할 수 있을 뿐 아니라 수치 변화를 통해 통풍·간 기능 이상·신장질환 등 잠재적 위험도 확인할 수 있다.

연구팀은 혈액을 채취하지 않고도 땀 패치만으로 체내 대사 변화를 정밀하게 모니터링할 수 있기에 만성질환 관리, 약물 반응 추적, 환경 노출 모니터링 등에 활용할 수 있을 것으로 내다봤다.

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