작은 센서를 피부에 붙이면 땀 속 포도당·나트륨 등 생체 정보를 정밀하게 수치화할 수 있는 웨어러블 진단 기술이 개발됐다.

고려대와 육군사관학교 공동 연구팀은 기존 표면증강 라만 분광법 기반 센서의 약점이던 신호 불균일 문제를 해 색 변화 분석과 기준 물질 보정 방식을 줄여 실제 착용 환경에서 생체 지표를 안정적으로 정량 분석할 수 있는 가능성을 확인했다.

14일 고려대에 따르면 구자현 고려대 바이오의공학과 교수, 곽경원 화학과 교수 연구팀과 육군사관학교 화학과 김성봉 교수 연구팀이 공동으로 피부 부착형 웨어러블 센서 기술을 개발했다.

땀에는 포도당, 나트륨 등 다양한 생체 물질이 포함돼 있다. 이들 물질의 농도를 분석하면 혈당 변화나 체내 수분 균형 등 건강 상태를 파악하는 데 활용할 수 있다.


다만 기존 표면증강 라만 분광법(SERS) 기반 웨어러블 센서는 측정 신호가 일정하지 않게 증폭되는 문제가 있었다. 이른바 '핫스팟' 현상 때문에 물질의 종류를 확인하는 정성 분석은 가능했지만, 농도를 정확히 측정하는 정량 분석에는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 SERS에 색 변화 분석을 결합했다. 효소 반응을 통해 분석 대상 물질을 '말라카이트 그린'이라는 색소로 변환한 뒤 라만신호와 색상 변환을 함께 읽어내는 방식이다.

연구팀은 측정 오차를 줄이기 위해 센서 내부에 기준 물질을 함께 넣어 신호를 보정했다. 환경 변화에 따라 SERS의 변동성을 줄여 일정한 값을 도출했다. 색상 분석 시 조명·환경에 상관없이 색을 객관적으로 인식하는 '색 공간 모델'을 적용했다.
센서 구조는 부드러운 고분자 기반의 미세유체 채널을 사용해 피부에 밀착되며, 땀을 자동으로 모아 분석 영역으로 이동하도록 만들었다.

연구진은 이번 기술이 SERS 기반 웨어러블 센서의 핵심 난제로 꼽혀온 정량성 문제를 보완했다는 데 의미가 있다고 설명했다.

곽경원 고려대 교수는 "이번 연구는 인체에서 분비되는 생체 물질을 단순히 검출하는 수준을 넘어, 정확한 수치로 분석할 수 있는 기반을 마련했다"며 "향후 운동 중 생리 상태 모니터링, 만성질환 관리, 개인 맞춤형 의료 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.