나노기술 및 정책 정보

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미국 샌디에이고 캘리포니아 대학(UCSD)의 연구진은 목에 착용할 수 있는 부드럽고 신축성 있는 피부 패치를 개발하여 혈압과 심박수를 지속적으로 추적하면서 착용자의 포도당 수준과 젖산, 알코올 또는 카페인을 측정할 수 있게 함. 심혈관 신호와 인체의 여러 생화학적 수준을 동시에 모니터링하는 최초의 웨어러블 기기임.

이러한 유형의 웨어러블은 기저 질환이 있는 사람들이 자신의 건강을 정기적으로 모니터링하는데 매우 도움이 될 것이며, 특히 사람들이 병원 방문을 최소화하는 COVID-19 대유행 기간 동안 원격 환자 모니터링을 위한 훌륭한 도구 역할을 할 것임.

이러한 장치는 고혈압 및 당뇨병을 관리하는 개인, 즉 COVID-19로 중증에 걸릴 위험이 높은 개인에게 도움이 될 수 있으며, 젖산 수치의 급격한 상승과 함께 혈압이 갑작스럽게 저하되는 것을 특징으로 하는 패혈증의 발병을 감지하는데 사용할 수도 있음.

이 모든 것을 할 수 있는 하나의 부드러운 피부 패치는 혈압 및 기타 활력 징후를 지속적으로 모니터링 해야하는 NICU의 유아를 포함하여 중환자실의 환자에게 편리한 대안을 제공할 것임.

UCSD의 나노공학 교수이자 이 연구의 공동 저자인 Joseph Wang은 “여기서 참신한 점은 우리가 완전히 다른 센서를 가져와서 스탬프처럼 작은 하나의 작은 플랫폼에 결합한다는 것”이라며, “이 웨어러블을 사용하여 많은 정보를 수집할 수 있으며 일상적인 활동에 불편함을 주지 않고 비침습적 방식으로 수집할 수 있다."고 말함.

연구진은 화학적 감지(포도당, 젖산, 알코올 및 카페인)와 혈압 모니터링을 결합한 최초의 유연하고 신축성 있는 웨어러블 장치를 만들었음.

패치는 피부에 잘 맞을 수 있는 얇은 신축성 폴리머 시트로, 혈압 센서와 2개의 화학 센서가 장착되어 있음. 하나는 젖산(신체 운동의 바이오 마커), 땀의 카페인 및 알코올 수치를 측정하는 센서이고, 다른 하나는 간질액의 포도당 수치를 측정하는 센서임.

이 패치는 혈압, 포도당, 젖산, 알코올 또는 카페인 등 각 센서에서 하나씩 세 가지 매개 변수를 한 번에 측정할 수 있음.

혈압 센서는 패치 중앙 근처에 있으며, 전도성 잉크로 패치에 용접된 일련의 소형 초음파 변환기로 구성됨. 변환기에 전압이 가해지면 초음파가 인체에 전달되고, 초음파가 동맥에서 반사되면 센서가 에코를 감지하고 신호를 혈압 판독 값으로 변환함.

연구자들은 혈압에 영향을 미치기 때문에 이러한 특정 바이오 마커를 측정하는데 관심이 있었음.

테스트에서 피험자들은 다양한 조합의 작업(고정식 자전거에서 운동하기; 고 당분 식사; 알코올성 음료를 마시는 것; 그리고 카페인이 들어간 음료를 마시는 것)을 수행하면서 목에 패치를 착용함. 패치의 측정값은 혈압 커프, 혈액 젖산 측정기, 포도당 측정기 및 음주 측정기와 같은 상용 모니터링 장치로 수집된 것과 거의 일치함. 착용자의 카페인 수치 측정은 카페인을 뿌린 실험실에서 땀 샘플을 측정하여 확인되었음.

패치를 만드 데 있어 가장 큰 과제 중 하나는 센서 신호 간의 간섭을 제거하는 것임. 이를 위해 연구진은 혈압 센서와 화학 센서 사이의 최적 간격을 파악해야 했고, 그들은 장치를 가능한 작게 유지하면서 1cm의 간격이 트릭을 수행한다는 것을 발견함.

연구진은 또한 혈압 센서에서 화학 센서를 물리적으로 보호하는 방법을 알아내야 했음. 일반적으로 명확한 판독 값을 생성하기 위해 액체 초음파 젤이 장착되어 있지만, 화학 센서에도 자체 하이드로 젤이 장착되어 있어 혈압 센서에서 나온 액체 젤이 흘러 나와 다른 젤과 접촉하면 센서 간 간섭이 발생한다는 문제가 있음. 대신 연구진은 고체 초음파 젤을 사용했는데, 액체 버전과 마찬가지로 효과가 있지만 누출이 없는 것으로 나타남.

연구진은 더 많은 센서가 포함된 새로운 버전의 패치를 개발 중이며, 지속적으로 수행중인 연구에는 혈압 센서의 전자 장치 축소도 포함됨. 지금은 센서를 전원과 벤치 탑 머신에 연결하여 판독 값을 표시해야 하지만, 궁극적인 목표는 이 모든 것을 패치에 올려놓고 완전히 무선으로 만드는 것임.

본 연구 성과는 Nature Biomedical Engineering ("An epidermal patch for the simultaneous monitoring of haemodynamic and metabolic biomarkers")에 게재됨.