우리는 모두 땀을 흘립니다. 땀은 증발을 통해 피부를 냉각하여 체온을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 이 과정에서 염분 및 다른 분자를 몸 밖으로 배출할 수도 있습니다. 중세 유럽에서는 사람들이 아기를 핥았습니다. 피부가 짠 경우에는 심각한 질병이 있을 가능성이 있었습니다. (이제 우리는 짠 피부가 낭포성 폐쇄증의 지표가 될 수 있다는 것을 알고 있습니다.)
이번 포스팅에서는 IEEE Spectrum에 소개된 바이오센서 관련 내용을 소개합니다.
개요
과학자들은 땀 속 물질이 개인의 건강에 대한 세부 정보를 드러낼 수 있는 방법을 계속 연구하고 있지만, 종종 충분히 큰 샘플을 얻기 위해 주제로부터 샘플을 모으기 위해 격렬한 운동 중에 땀을 이용해야 합니다.
중국의 연구자들은 지속적인 감지를 제공하면서 소량의 땀을 수집하고 처리할 수 있는 착용형 센서 시스템을 개발했습니다. 그들은 이 디자인을 “피부-인터페이스 지능형 그래핀 나노전자” 패치라고 명명했습니다. 이 연구자들은 Advanced Functional Materials에 발표된 논문에서 자신들의 작업을 설명했지만, IEEE Spectrum의 인터뷰 요청에는 응답하지 않았습니다.
SIGN 센서 패치는 그 임무를 수행하기 위해 세 가지 별도의 구성 요소에 의존합니다. 먼저, 땀은 피부에서 마이크로유체 챔버로 이동되어야 합니다. 다음으로, 특수 막이 유체에서 불순물을 제거합니다. 마지막으로, 이 액체는 다양한 대사물질을 탐지할 수 있는 바이오레셉터로 전달됩니다.
이 전송 시스템은 친수성(물을 끌어들이는) 및 소수성(물을 끌어들이지 않는) 재료의 조합에 의존합니다. 이 시스템은 물질이 중력에도 상관없이 마이크로채널을 따라 움직일 수 있습니다. 따라서 장치의 방향과 상관없이 작은 샘플을 정밀하게 운반할 수 있습니다.
액체는 자너스 막으로 운반되어 불순물이 차단됩니다. 이는 센서에 도달하는 샘플이 더 정확한 결과를 생성할 가능성이 높다는 것을 의미합니다.
마지막으로 정제된 땀은 유연한 생체 센서에 도달합니다. 이 그래핀 센서는 원하는 생체 표지자를 감지하기 위해 설계된 효소에 의해 활성화됩니다. 결과적으로 샘플 내의 생체 표지자 양을 정확하게 측정할 수 있는 트랜지스터가 생성됩니다.
SIGN 패치의 흥미로운 특징 중 하나는 지속적인 측정을 제공할 수 있다는 것입니다. 연구자들은 목표 생체 표지자의 알려진 농도를 갖는 샘플의 여러 주기를 통해 장치를 테스트했으며, 5회의 주기 후에도 한 번의 주기 후와 거의 동일한 정확도를 보였습니다. 이 결과는 패치가 교체 없이 연장된 기간 동안 착용될 수 있을 것으로 보여줍니다.
지속적인 측정은 유용한 종단적인 데이터를 제공할 수 있습니다. 그러나 연구 기관인 IDTechEx의 고급 기술 분석가인 테스 스카임은 연속적인 장치가 매우 다른 샘플링 속도를 가질 수 있다고 지적합니다. 그녀는 “효율적이고 편안하며 세밀한 데이터 수집의 적절한 균형이 시장을 뒤흔들기 위해서는 필수적”이라며, 장치들은 또한 “배터리 수명, 보정 및 데이터 정확도를 최적화해야 한다”고 강조했습니다.
연구자들은 초기에 감지되는 초기 생체 표지자로서 운동 및 피로 수준을 평가하는 데 사용될 수 있는 대사 산물 인 락타트에 중점을 두었습니다. 이 기능은 특히 운동 선수들에게 흥미로울 뿐만 아니라, 위험하거나 극단적인 작업 환경에서 체력소모가 큰 직업에 종사하는 근로자들의 건강 상태를 모니터링하는 데도 사용될 수 있습니다.
모든 전문가가 땀의 생체 표지자가 정확한 건강 데이터를 제공할 수 있다고 확신하지는 않습니다. 시친나티 대학의 신제품 연구소 소장인 제이슨 하이켄펠드는 땀에서의 포도당 및 락타트는 포도당 모니터와 같은 장치를 통해 간단히 측정될 수 있는 중간 액체의 측정과는 비교할 수 없다고 말합니다.
연구자들은 또한 센서를 수용하기 위한 패키지를 개발했습니다. 이는 저전력 마이크로컨트롤러를 사용하여 전력 소모를 최소화하고, SIGN 패치에서 데이터를 무선으로 전송하기 위한 블루투스 통신 칩을 포함합니다. 초기 설계는 충전 없이 지속적으로 2시간 사용이 가능하며, 대기 모드에서는 최대 20시간까지 사용할 수 있도록 되어 있습니다.
마무리
이번 포스팅에서는 스웨트에 대한 연구를 통해 새로운 센서 기술이 어떻게 건강 모니터링과 응용 가능한 데이터 수집에 도움이 되는지에 대해 다뤘습니다. 연속적인 측정 기능을 갖춘 SIGN 패치와 같은 기술은 장기간 착용하며 사용자의 건강 상태를 추적하는 데 유용할 수 있습니다. 그러나 땀의 생체 표지자가 정확한 건강 데이터를 제공할 수 있는지에 대한 의견은 분분하며, 미래의 연구를 통해 더 많은 진전이 이뤄질 것으로 기대됩니다.