땀으로 건강상태 진단하는 웨어러블 패치, 국내 연구진이 개발

땀 체적 유량 및 총 손실을 실시간으로 측정하는 피부 부착형 무선 전자 패치(왼쪽)와 땀 내 염화물, ph, 크레아틴, 포도당 동시 측정이 가능한 미세유체 시스템 (오른쪽). /사진=카이스트

국내 연구진이 땀으로 건강상태를 진단할 수 있는 웨어러블 전자 패치를 개발했다.

카이스트(KAIST)는 전기및전자공학부 권경하 교수와 성균관대 화학공학과 김종욱 박사과정 연구원이 땀의 체적 유량과 총 손실을 실시간으로 측정하는 무선 전자 패치를 개발했다고 6일 밝혔다.

땀은 체내 수분 상태, 스트레스, 체온 조절 등 정보를 제공하는 생리학적 건강 지표로 일상에서 땀 정보를 실시간으로 분석하고 건강상태를 확인할 수 있는 웨어러블 기술 수요가 늘어나고 있다.

연구팀은 땀이 배출되는 속도와 양을 측정하고, 변색 반응을 이용해 땀의 성분까지 분석할 수 있는 무선 전자 패치를 개발했다.

연구팀은 땀이 수집되는 미세 유체 채널 외벽에 저전력 열원을 배치해 땀과 열 교환을 유도하고, 땀의 유속이 증가함에 따라 열원의 상류와 하류 간 온도 차가 증가하는 현상에 착안해 땀 배출 속도를 측정했다.

연구팀은 미세 유체 채널을 통해 얻은 땀으로 염화물, 포도당·크레아틴 농도, 수소이온지수(pH), 체적 유량을 측정했다. 이들 지표는 낭포성 섬유증, 당뇨병, 신장 기능 장애, 대사성 알칼리증 진단 등에 활용 가능하다.

연구팀은 미세 유체 채널을 통과하는 땀과 전자회로를 완전히 분리해 기기의 부식과 노후화 위험도 줄였다. 또 전자 패치에 실리콘 봉합 기술을 접목해 굴곡이 있는 곳에도 부착할 수 있도록 만들었다.

측정된 데이터는 저전력 블루투스 통신으로 스마트폰 애플리케이션에 전송해 사용자가 실시간으로 손쉽게 확인할 수 있다.

권경하 교수는 "개발된 무선 전자 패치는 개인별 수분 보충 전략, 탈수 증세 감지 및 기타 건강 관리에 폭넓게 활용할 수 있다"면서 "피부 표면 근처의 혈관에서 혈류 속도를 측정하거나, 약물의 방출 속도를 실시간으로 측정해 정확한 투여량을 계산하는 등 체계화된 약물 전달 시스템에도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구성과는 미국 노스웨스턴대 존 로저스 교수, 보스턴 소재 웨어리파이(Wearifi)사와 특허 출원을 진행중이며, 국제 학술지 '네이처 일렉트로닉스'(Nature Electronics)에 지난 3월말 발표됐다.