물방개 앞발 모사한 ‘피부 모니터링 패치’ 개발

- 성균관대·연세대 공동연구, 데이터 기반 피부 PH와 유수분량 모니터링 패치 등 응용

물방개의 수중 점착 컵을 모사한 피부 모니터링 패치의 개념도(A) 물방개의 앞발을 관찰하여 보면 흡착 구조를 가진 점착 컵을 확인할 수 있다. (B) 이 점착 컵은 점착면에 부착되어 고정할 수 있는 단단한 지지체와 거칠거나 굴곡진 표면에도 밀착되어 부착될 수 있도록 하는 부드러운 점착 컵으로 구성되어 있다. (C) 연구팀은 이를 모사하여 탄성고분자-하이드로젤 기반의 점착패치를 제작 하였다. 또한 체액 포집을 위한 하이드로젤을 점착컵 내부에 설계하여 무전원 피부 모니터링 패치를 제작하였다. [성균관대 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내연구진이 물방개의 점착기관을 모사해 피부의 산성도나 유수분량을 모니터링할 수 있는 피부 부착형 패치를 개발했다.

한국연구재단은 성균관대학교 방창현 교수, 연세대하교 조승우 교수 연구팀이 수컷 물방개 앞발에 있는 점착컵의 구조‧원리를 밝히고, 이를 본떠 무전원 방식의 신속 체액 포집 피부 모니터링 패치를 개발했다고 17일 밝혔다.

수중곤충인 물방개는 암수를 구별할 수 있는 독특한 특징을 가지고 있는데, 바로 물방개의 앞발에 존재하는 둥근 점착 컵이다.

이 점착 컵은 수중 교미 과정에서 암컷의 둥글고 거친 등 표면에 잘 달라붙고 교미과정 중 필요한 화학물질을 감지하는 역할을 하며, 수컷 물방개 종만이 가지는 고유한 진화의 산물이다.

피부상태 모니터링(산성도, 유수분량 등)을 위해 체액(눈물, 땀 등)을 수집하는 피부부착형 웨어러블 패치들이 개발되고 있으나, 체액포집 속도와 모니터링 정확도를 높이기 위한 별도의 전원이 필요했다.

화학점착제는 체액포집시 피부자극 및 각질손상이 유발될 수 있어 반복사용이나 장시간 부착이 어렵다. 또 습윤환경, 굴곡진 피부표면, 신체활동 등에서도 부착력을 유지하는 것이 숙제였다.

연구팀은 물방개의 점착 컵을 모사, 내부 흡인력을 이용해 피부에 점착됨과 동시에 체액을 포집하고 모니터링 할 수 있는 마이크로 크기의 인공 점착 컵을 제작했다.

또한 점착 컵 내부에 체액 흡수력이 높고, 산성도 변화에 따라 색이 변하는 하이드로젤을 담지해 포집된 체액의 산성도를 별도의 전원장치 없이 분석할 수 있도록 했다.

머신러닝 기반 분석 어플리케이션 개발을 통해 모바일기기로 이미지를 촬영하고, 촬영한 하이드로젤의 색 이미지 데이터(RGB)를 기계학습해 피부 산성도를 높은 정확도로 추적할 수 있도록 했다.

피부 모니터링 패치의 점착성능 분석과 수분 포집 거동(A) 피부 모니터링 패치를 피부에 부착한 뒤 탈착하는 모습으로, 점착성능은 사람의 피부와 유사한 돼지피부를 이용해 건조하거나 젖은 표면에서의 점착성능을 측정하였다. (B) 그 결과 점착 컵을 가진 물방개모사 패턴의 패치가 패턴이 없는 패치에 비해 우수한 점착성능을 가졌다. (C) 체액 포집을 위한 하이드로젤을 점착 컵에 담지한 모습을 나타낸 개념도이다. (D) 점착 컵 내부에 삽입된 하이드로젤에 의해 수분(체액)이 컵 내부로 포집될 수 있는 것을 공초점 현미경을 통해 확인하였다.[성균관대 제공]

연구팀은 이 패치를 산성도 변화가 동반되는 여드름 질환 모델에 적용, 육안관찰을 바탕으로 약물 처치시점을 판단한 경우보다 더욱 빠른 피부 정상화가 가능함을 확인했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구사업 등의 지원으로 진행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 6월 17일(한국시간) 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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