[뉴스프리존,대전=이기종 기자] 기초과학연구원(IBS)은 나노의학 연구단이 연세대, 명지대 연구팀과 공동으로 눈물 속 스트레스 호르몬을 감지해 측정할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다고 13일 밝혔다.
스트레스는 현대인의 적이라 불릴 정도로 일상화가 되어 있고 적절히 관리하지 못하면 각종 만성질환으로 이어질 수 있다.
그러나 스트레스 측정은 병원, 연구실 등 전문 시설을 이용해야 하고 기존 측정 센서는 주로 전기화학 분석법, 흡광 분석법 등 복잡한 방식을 사용했기 때문에 일상적인 실시간 측정이 어렵다는 문제가 있었다.
이번 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 눈에 착용해 눈물 속 스트레스 호르몬 ‘코티졸(Cortisol)’ 수치를 실시간 측정하는 콘택트렌즈 형태의 모바일 헬스케어(Mobile health care) 기기를 개발했다.
모바일 헬스케어(Mobile health care)는 스마트폰과 의료 측정 액세서리·앱 등을 이용해 스스로 운동량 심전도·심장·상태·혈당 등 개인의 신체 상태를 측정하며 건강을 관리하는 것으로 최근 웨어러블 형태로 신축성과 무선통신 기능을 보유한 모바일 헬스케어 기기를 개발하고 있다.
연구과정을 보면 2차원 구조체 ‘그래핀(Graphene)’을 사용해 투명하고 유연하면서 무선 통신이 가능한 코티졸 센서를 구현했다.
두 개의 전극으로 비교적 간단히 구성되는 그래핀 트랜지스터(FET) 구조의 센서는 그래핀 표면에 결합하는 코티졸 농도를 실시간 분석할 수 있다.
이로 인해 이 센서가 눈물 속 코티졸 농도에 따른 그래핀의 미세한 저항 변화를 읽어내어 스트레스 수치를 실시간으로 정확히 검출한다.
또 1차원 전도성 물질인 은 나노와이어(Nano wire)를 그물망 구조로 만들어 신축성이 뛰어난 투명 전극과 안테나를 제작했다.
이어 초정밀 3D 인쇄 공정으로 제작한 신축성 있는 회로로 전극, 안테나, NFC칩 등 각 부품들을 연결해 소프트 렌즈에 내장했고 렌즈 속 NFC칩은 센서에서 읽어낸 코티졸 농도를 스마트폰으로 무선 전송한다.
이를 통해 렌즈 착용 후 스마트폰을 눈 가까이 가져가면 스트레스 수치를 실시간으로 확인할 수 있다.
특히 개발한 스마트 콘택트렌즈의 착용 실험을 통해 성능과 안전성을 입증했다.
이 연구결과에 의하면 착용 상태에서도 렌즈가 정상 작동하고 렌즈에서 발생하는 열과 전자기파가 인체에 무해한 수준임을 확인했다.
또 제작한 렌즈는 보관액에 담긴 후에도 형태와 기능이 그대로 유지돼 스마트 콘택트렌즈의 상용화 가능성을 높였다.
연구 관계자는 “스트레스 수치를 실시간으로 정확히 측정해 일상 속 스트레스 관리를 돕는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다”며 “4차 산업시대에 주목받는 모바일 헬스케어 산업 뿐 아니라 의료분야까지 다양하게 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
이 연구는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances, IF 13.116)’에 7월 10일 게재됐다.