"당뇨 감지해 자동 치료"…900% 늘어나는 전자피부 나왔다

미국 연구진이 최대 900%까지 늘어나면서 질병을 실시간으로 진단하고 자동으로 치료까지 수행하는 차세대 생체전자 플랫폼을 개발했다.

11일 중국 바이오 전문매체 바이오밸리(bioon)에 따르면 미국 캘리포니아 공과대학(칼텍) 웨이 가오(Wei Gao) 교수 연구팀은 두 가지 상호보완적인 신축성 생체전자소자 개발 성과를 각각 국제 학술지 '사이언스(Science)'와 '네이처 머티리얼즈(Nature Materials)'에 발표했다.

먼저 '사이언스'에 게재된 'SIRES(신축성 탄력 전기화학 센싱 인터페이스)'는 피부나 장기의 움직임 때문에 센서 신호가 왜곡되던 기존 문제를 해결했다. 이 소자는 전체를 폴리우레탄 탄성중합체로 만들고 내부에 공융 갈륨-인듐(EGaIn) 액체금속을 사용해 최대 300%까지 늘어나도 안정적인 신호 측정이 가능하다.

연구팀은 SIRES를 운동용 헤어밴드에 부착해 운동 중 땀 성분을 실시간으로 분석하는 데 성공했다. 또한 동물실험에서 심장, 위, 방광 등 지속해서 움직이는 장기에 부착해 당뇨병, 염증성 장 질환, 방광암 관련 생체표지자를 정밀 추적하는 가능성을 확인했다.

'네이처 머티리얼즈'에 소개된 두 번째 플랫폼 'ElHyX(탄성중합체-하이드로겔 이상 생체전자 플랫폼)'는 진단과 치료를 동시에 수행하는 데 초점을 맞췄다. 고무 기반 탄성중합체와 하이드로겔을 결합해 수술 봉합 없이도 젖고 미끄러운 장기 표면에 단단히 부착된다. 특히 신축성은 최대 900%에 달한다.

ElHyX의 가장 큰 성과는 '폐쇄 루프형 진단-치료' 시스템을 구현한 점이다. 연구팀은 당뇨병 쥐 모델의 체내에 ElHyX를 이식해 실시간으로 혈당과 심박수를 모니터링했다. 혈당 수치가 비정상적으로 높아지자 시스템은 이를 감지해 자동으로 미주신경자극(eVNS)을 가했고, 췌장의 인슐린 분비를 촉진해 혈당을 정상 범위로 되돌렸다.

연구팀은 28일간 진행된 장기 이식 실험에서 ElHyX가 주변 조직에 염증 반응을 거의 일으키지 않고 주요 장기에도 손상을 주지 않아 장기 이식에 적합한 생체적합성을 입증했다고 밝혔다. 연구팀은 이 기술이 만성질환 관리의 새로운 길을 열 것으로 기대하고 있다.