콘택트렌즈로 일상 안압모니터링 가능
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모바일 헬스케어용 웨어러블 기기는, 각종 생체 물리 지표, 예를 들면 체온이나 심장 박동, 심전도, 또 혈당치나 콜레스테롤치등을 모니터링 하는 핵심 기능과 함께, 착용감이나 편리성을 갖추는 것이 중요하다. 대표적인 웨어러블 플랫폼 중 하나인 스마트 콘택트렌즈는 높은 신축성을 지녔지만 크기가 작은 만큼 많은 기술적 돌파구가 필요한 상황이다. 이에 따라 고신축성을 실현하고 뛰어난 편의를 위한 무선기술도 함께 연구되고 있다.
특히 시신경이 손상되는 녹내장은 진행되면 시야 결손이나 실명이 나타날 수 있어 예방과 초기 진단이 매우 중요하다. 녹내장을 진단하는 유일한 지표는 안압이며, 녹내장 진단을 위해서는 정기적인 안압 모니터링이 필수적이다. 그러나 안압은 15분 정도의 시간 간격으로 하루에도 자주 바뀌기 때문에 병원을 내원해 측정한 안압수치만으로 녹내장을 정확히 진단하기는 어렵다. 보다 정확하게 녹내장을 진단하려면 혈당치처럼 일상생활 속에서 환자의 안압을 연속적으로 계속 모니터링해야 하지만 일상생활 속에서 안압을 실시간으로 연속 모니터링할 수 있는 기술은 아직 상용화되지 않았다.
표준화된 안압측정법은 Goldmannapplanation tonometry이나 부피가 커지면 휴대성이 떨어지고 사용자의 숙련도에 따라 측정되는 안압수치가 다르기 때문에 환자가 내원한 상태에서 주로 사용하고 있다.
안압센서를 내장한 콘택트렌즈가 해외에서 개발된 사례는 있지만 센서의 부피가 크고 정확도가 낮아 무선통신회선은 콘택트렌즈 내에 탑재할 수 없었다. 이에 따라 스마트폰으로 안압 데이터를 전송할 수 없어 병원에 내원해 있는 부피가 큰 측정기를 사용해야 안압 측정을 할 수 있었다. 콘택트렌즈를 착용해도 일상생활에서 안압모니터링은 불가능한 것이다.
이에 박장은 교수(연세대 신소재공학과) 및 김홍균 교수(경북대학교병원 안과), 김대우 교수(경북대학교병원 안과) 공동연구팀은 미세한 안압변화를 감지할 수 있는 고감도 안압센서 및 무선회로를 소프트 콘택트렌즈 내에 제작하여 스마트폰과 무선통신할 수 있도록 했다고 밝혔다.
이는 콘택트렌즈 착용만으로 일상생활에서 안압을 자동으로 연속 모니터링하고 측정치는 무선으로 스마트폰 앱에 기록함으로써 이를 병원으로 전송할 수 있는 모바일 헬스케어 기술을 보여준다.
본 연구의 최고 기술자는 스마트폰을 이용해 일상생활 속에서 안압변화를 실시간으로 모니터링할 수 있는 소프트 콘택트렌즈를 세계 최초로 개발하고 사람이 착용할 수 있다는 것까지 검증한 것이다.
소프트 콘택트렌즈 내부에 미세한 크기의 초정밀 안압센서와 무선통신회로를 신축적으로 연결하여 콘택트렌즈 착용만으로 측정된 안압정보를 스마트폰으로 실시간 무선 모니터링하는 기술을 개발하여 녹내장 진단의 정확성을 높여 병원을 방문하지 않고도 콘택트렌즈 착용만으로 안압을 자동으로 연속 모니터링하여 스마트폰 앱에 기록된 안압데이터를 무선으로 병원에 전송할 수 있게 하여 줌.
이번 연구에서는 스마크론 크기로 아주 미세하지만 0.1mmHg 정도의 아주 작은 안압변화도 측정 가능한 고감도 안압센서를 개발하고 이를 무선통신회로와 신축성을 갖고 결합할 수 있는 기술을 개발, 소프트 콘택트렌즈 내부에 탑재했으며 신축성 전극소재를 이용해 무선통신(NFC)용 회로를 제작해 소프트 콘택트렌즈와 결합한 고감도 안압센서를 함께 선보였다.
고감도 안압센서는 안압에 의한 안구의 미세한 변형정도를 측정한다. 안압센서 측정값은 무선통신회로를 통해 스마트폰으로 쉽게 확인할 수 있다. 초박형 실리콘(두께: 300 nm)을 사용하여 반도체 공정으로 제작된 안압센서의 크기는 몇 마이크론 정도로 매우 미세하여 무선통신회로(NFC)와 신축성 전극 배선으로 연결되어 당길 수 있는 소프트 콘택트렌즈 내부 모두에 탑재 가능하였다. 이렇게 만들어진 콘택트렌즈의 두께가 실제 소프트 콘택트렌즈와 비슷해 신축성과 착용성이 떨어지지 않았다. 특히 감전 위험을 없애기 위해 소프트 콘택트렌즈 물질로 센서 무선통신회로 등 전자부품을 완전히 포장했다. 또한 제작된 스마트 콘택트렌즈의 독성 테스트, 각막 변형 검사, 착용에 따른 통증 검사, 콘택트렌즈 내부 전자부품 구동에 따른 발열 평가 등을 실시하여 인간이 착용한 상태에서의 스마트 콘택트렌즈 성능 및 안정성 평가까지 실시했다.
■ 녹내장 무선 모니터링용 스마트 콘택트렌즈 ■ (왼쪽) 고감도 안압센서-무선통신(NFC) 회로가 집적화된 무선 모니터링용 스마트 콘택트렌즈 모식도 및 실제 사진(가운데) 제작된 스마트 콘택트렌즈 사진(오른쪽) 제작된 스마트 콘택트렌즈를 사람이 착용한 상태에서 구동 사진 [사진 및 설명 = 연세대 박장은 교수]
참가자 10명을 대상으로 제작된 스마트 콘택트렌즈 착용 시 성능과 안전성을 조사한 결과 작동 과정에서 열이 거의 발생하지 않아 눈에 이물감 및 각막 상처가 없는 것을 측정했다. 실제 상용화에는 1,000명 이상의 환자를 대상으로 한 임상 3상 시험이 필요(약 3년 정도)하며 3상 시험까지 모두 통한 후에는 제품 승인을 기대할 수 있다.
본 연구의 성과는 생명공학 분야 국제학술지 네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)
모바일 헬스케어용 웨어러블 기기는 각종 생체물리지표, 예를 들어 체온이나 심장박동, 심전도 혹은 혈당치나 콜레스테롤치 등을 모니터링하는 핵심기능과 함께 착용감과 편의성을 갖추는 것이 중요하다. …www.monthlyresearch.com