日 땀 속 젖산농도 장시간 모니터링 바이오 센서 개발…활용 범위는?

혈액검사 대신 웨어러블 디바이스로 스트레스, 불쾌감 없이 건강상태 파악

일본에서 땀의 젖산 농도를 장시간 안정적으로 모니터링할 수 있는 바이오센서를 개발했다. ©픽사베이

일본에서 땀의 젖산 농도를 장시간 안정적으로 모니터링할 수 있는 바이오센서를 개발했다. 연구진은 웨어러블 디바이스 등에 응용이 가능할 것으로 기대하고 있다.

도쿄이과대학 시탄다 이사오 교수가 이끄는 연구팀은 유로(流路) 내 침입한 기포가 전극 부분에 접촉할 수 없도록 해 땀의 젖산 농도를 장시간 안정적으로 모니터링할 수 있는 바이오 센서 개발에 성공했다고 22일 밝혔다.

땀이나 혈액에 포함된 젖산은 운동이나 훈련의 지표가 된다는 점에서 그동안 이 젖산을 간단하게 측정하는 웨어러블 디바이스는 여러 종류가 등장한 바 있다. 하지만 사용 중 유로 내에 기포가 침입해 전극부분을 접촉함으로써 센서 응답이 불안정해진다는 문제가 발생해왔다. 

연구진은 땀이 통과하는 마이크로 유로 내에 기포를 포착하는 리저버(reserver)를 도입해 기포가 센서에 침입해도 전극(電極) 부분 접촉을 억제하고 장시간 연속적으로 젖산 농도를 측정할 수 있도록 제작했다. 

이 장치는 땀이 다른 4개의 입구에서 내부로 침입해 전극 부분과 접촉해 젖산을 감지한다. 오래된 땀은 배출구에서 배출돼 새로운 땀이 연속적으로 들어가는 방식이다. 이 때 리저버는 땀과 함께 침입한 기포를 붙잡아 전극 부분에 접촉하지 않도록 하는 역할을 한다. 기포를 붙잡아두는 영역의 부피는 약 4.0μL이며, 장치에 침입하는 기포의 부피를 사전에 검사할 수 있도록 설계했다.

땀 중 젖산농도를 모니터링 할 수 있는 웨어러블 바이오센서. ©도쿄이과대학

연구팀은 우선, 젖산 센서 내에 들어가는 기포가 센서 응답에 미치는 영향을 확인했다. 그 결과, 유로 내에서의 기포 유무로 전류 밀도는 거의 변하지 않고, 측정이 기포의 영향을 받지 않은 것을 알 수 있었다. 또 2시간 정도 연속 측정에서도 안정적으로 측정할 수 있음을 입증했다.

다음으로 발한량(5~10μL/min)이나 땀에 포함되는 젖산 농도(1~50mM) 변화에 ​​따른 센서 반응을 조사했다. 그 결과 이러한 조건은 측정에 거의 영향을 미치지 않고 정상적으로 반응하는 것으로 나타났다. 

건강상태나 운동량을 측정할 수 있는 웨어러블 디바이스는 스포츠, 의료, 간병 등의 분야에 활용할 수 있다. 특히 땀이나 혈액 등 체액에 포함되는 성분을 검출·측정할 수 있는 바이오 센서는 피험자에 대한 부담이 적고 간편하다는 장점이 있다. 

연구팀은 이번에 개발한 센서를 사용해 젖산농도를 실시간 모니터링 할 수 있다면 혈액검사로 인한 피험자의 스트레스나 불쾌감 없이 건강상태를 파악할 수 있다고 강조했다.

또 이번 연구 성과를 더욱 발전시켜 운동선수의 트레이닝, 환자의 재활 등의 측면에서 장시간, 쾌적하게 사용할 수 있는 웨어러블 디바이스에 응용할 수 있을 것으로 기대했다.