나노 물질을 사용해 운동 장애를 진단하고 치료까지 가능한 웨어러블 시스템이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

미래창조과학부와 국제과학비즈니스벨트 핵심 기관인 기초과학연구원(IBS)은 ‘나노입자연구단(현택환 단장)’의 김대형 교수팀(서울대 화학생물공학부)이 나노 물질을 사용해 운동 장애 질환을 진단하고 결과에 따라 치료까지 가능한 웨어러블 전자시스템을 개발했다고 31일 밝혔다.

이를 통해 파킨슨병과 같은 운동 장애 질환의 발병 여부를 상시 모니터링해 측정 결과를 메모리에 저장할 수 있으며, 저장된 정보의 패턴 분석을 통해 진단하고 필요시 피부에 약물을 투여해 치료까지 가능하다는 설명이다.

또 연구팀은 나노입자를 기존의 반도체 공정에 적용해 획기적으로 전력소모를 낮춘 저전력 디바이스를 구현하는데 성공, 웨어러블 전자시스템이 오랫동안 안정적으로 작동할 수 있게 했다.

연구팀은 보통의 전자소자에서 사용되는 딱딱한 기판(실리콘 웨이퍼 혹은 유리기판) 대신 나노박막과 나노입자를 사용하고 기존의 반도체 기술을 변형시켜 활용함으로써 휘거나 늘일 수 있는 전자소자를 제작할 수 있었다.

또한 기판 위에 희생층, 보호층을 먼저 코팅하고, 그 위에 산화물 및 금속 나노박막과 나노입자를 배열해 전자소자를 제작한 후 희생층을 제거한 뒤 늘일 수 있는 패치에 전자소자를 전사-인쇄하는 방법을 구사했다.

나노물질의 전사-인쇄 방법은 합성된 고성능 전자 재료들을 구부릴 수 있는 성질의 기판에 옮기는 기술이며, 쉽고 간단하게 넓은 면적에 걸쳐 적용할 수 있는 장점이 있다.

이 방법으로 피부와 비슷하게 25%정도까지 늘어날 수 있는 센서, 메모리 소자, 히터 등의 다양한 전자소자를 제작하고, 다양한 나노 입자를 주입해 약물전달 등의 치료까지 할 수 있는 시스템을 개발해 웨어러블 의료용 전자패치 형태로 구현할 수 있었다.

김대형 교수는 “이번 웨어러블 전자소자 개발 성과가 차세대 피부 부착형 헬스케어 전자 기기의 연구 개발을 선도하는 계기가 될 것”이라며 “향후 스마트폰과 같은 모바일 기기와 연동하여 활용될 경우 원격 진료 등 신시장 창출에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다”고 소감을 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 31.17)에 3월 31일자 '운동 장애의 진단, 치료를 위한 다기능성 웨어러블 디바이스(Multifunctional wearable devices for diagnosis and therapy of movement disorders)'로 게재됐다.