고무처럼 3배까지 늘어나면서 심장 등 인체 내부 장기에 찰싹 달라붙어 질병을 감시하고 치료까지 할 수 있는 차세대 바이오센서 기술이 개발됐다.
미국 캘리포니아공과대학(Caltech) 웨이 가오 교수 연구팀은 신축성이 뛰어나고 젖은 조직에도 강력하게 부착되는 바이오 전자소재 기술 두 가지를 개발했다고 10일(현지시간) 밝혔다. 각 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스'와 '네이처 머티리얼스'에 각각 발표됐다.
연구팀이 먼저 개발한 소재 '사이어스'(SIRES)는 최대 300%까지 늘어나도 고품질 전기 신호를 안정적으로 전송할 수 있는 신축성 인터페이스다.
연구팀은 전도체로 액체 금속을, 전극으로 탄소 나노튜브를 각각 생체 적합 소재인 폴리우레탄에 혼합해 이 소재를 만들었다. 심장이 뛰는 것처럼 장기가 크게 움직여도 소재가 함께 늘어나면서 센서 성능이 일정하게 유지되는 것이 특징이다.
또 다른 기술인 '엘하이브엑스'(ElHyX)는 젖어있고 미끄러운 인체 장기 표면에 수개월간 안정적으로 부착되는 데 초점을 맞췄다.
이 기술의 핵심은 특수 하이드로젤 접착제다. 이 접착제는 젖은 조직과 만나면 중합 반응을 일으켜 기기와 조직을 단단히 결합시킨다. 플랫폼에는 신축성 센서와 함께 물리적 감지 및 전기 자극을 위한 전극이 포함돼 있다.
연구팀은 이 플랫폼을 당뇨병에 걸린 쥐 모델에 적용하는 데 성공했다. 센서로 혈당 수치를 실시간으로 감시하다가 혈당이 높아지면 신경을 자극해 인슐린 분비를 조절하는 '폐쇄 루프 시스템'을 구현한 것이다. 심장 활동을 감지해 당뇨병 관련 고혈압을 추적하기도 했다.
이 플랫폼은 3D 프린팅 기술로 빠르고 저렴하게 제작할 수 있다. 연구팀은 향후 장기적인 안정성을 개선해 인체 임상시험에 나설 계획이며, 만성 통증이나 스트레스 등 다양한 질병의 맞춤형 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대했다.