Wearble chemical sensors

산소는 신체 에너지 생성과 조직 재생에 필수적인 요소로서, 산소가 조직으로 전달되지 않으면 심근경색, 암, 당뇨와 같은 심각한 질병이 발병하고 혈관 수술을 시행한 모든 장기이식 및 유리피판술 후 혈관폐쇄의 위험이 발생한다. 역으로, 조직산소농도를 실시간으로 정확히 측정할 수 있다면, 증상조기발견을 위한 미래 질병연구에 기여할 수 있다. 기존의 산소농도를 측정하는 기기중에 클락타입센서는 전기화학적 방식으로 측정의 정확도가 높으나, 침습적이기 때문에 측정자의 고통을 수반한다는 문제가 있다. 비침습적인 방식으로는 광학적으로 측정하는 옥시메트리, 레이저도플러등의 기술이 있으나, 실제 조직이나 피부표면의 산소농도가 아닌 헤모글로빈 농도나, 혈류 등 산소를 유추하는 간접지표를 측정하는 방식이라는 한계가 있다. 본 연구그룹에서는 비침습적이면서도, 재료공학과 소자물리를 바탕으로 새로운 웨어러블한 광발광식 산소센서 디자인을 제시하였다. 미세한 산소농도를 정확하게 측정하기 위해서는 산소에 대한 높은 민감도가 필수적이며 또한 광센서를 구동하거나 광신호를 받기 위해서는 광원이나 수광부 등 유기디바이스가 필요하기 때문에 추후 신체에 적용하기 위해서는 유연하고 탈부착이 가능한 형태로의 개발이 필요하였다. 이에, 본 그룹에서는 산소 농도에 따라 발광특성이 달라지는 염료가 들어간 산소센싱필름을 제작한 후 센싱필름의 구조변형을 통한 기체투과성을 개선하였고 또 고굴절률 산란입자를 도입하여 필름의 민감도를 향상시켰다. 또한 발광부인 유기 발광다이오드(OLED)+수광부인 유기포토다이오드(OPD)를 유연 초박막위에 제작한후 각 요소를 일체형으로 통합하여 밴드형태로 탈부착이 가능하며, 제작 단가가 저렴하기 때문에 일회성으로 측정이 가능하고 유연한 광발광식 산소센서를 개발하였다.

  본 기술을 말초혈관계질환 등의 환자에 적용할 경우 wireless data-transfer technology를 도입하여 원격 모니터링 및 지속관리가 가능하기 때문에 질환의 진행을 막고, 조기진단을 보다 정확하고 간편하게 할 수 있으며 이를 통해 의료비용이 감축되는 등 새로운 의료 플랫폼을 제시할 수 있다. 또한 본 연구그룹에서 제시하는 센서 플랫폼은 산소 외에도 이산화탄소, 글루코오즈, pH 등 다양한 생체신호 감지를 통해 다른 의학적 정보를 한번에 얻는 multi-analyte 센서로도 제작이 가능하다.추후엔 임상연구를 진행하고, 산소분포의 대면적 이미징 기술 등 동일한 원리를 바탕으로 한 차세대 기술을 연구 및 개발하고, 종래 산소측정기술기반 센서의 부정확성 또는 측정한계를 극복하여 다양한 응용분야에 적용이 기대된다.

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