수컷 물방개 점착컵 본뜬 체액 포집 패치 나온다

물방개의 수중 점착 컵을 본뜬 피부 모니터링 패치 개념도. [사진=한국연구재단]

[아이뉴스24 정종오 기자] 수컷 물방개의 점착컵을 본떠 피부를 모니터링할 수 있는 패치가 나온다. 물방개의 점착기관을 본뜬 것으로 피부의 산성도(pH)나 유수분량을 모니터링할 수 있는 피부 부착형 패치이다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 방창현 교수(성균관대), 조승우 교수(연세대) 연구팀이 수컷 물방개 앞발에 있는 점착컵의 구조 원리를 밝히고 이를 본떠 무전원 방식의 신속 체액 포집 피부 모니터링 패치를 개발했다고 18일 발표했다.

수중곤충인 물방개는 암수를 구별할 수 있는 독특한 특징을 가지고 있다. 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 한다. 수컷 물방개 종만이 가지는 고유한 진화의 산물이다.

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

피부 모니터링 패치의 점착성능 분석과 수분 포집이 가능하다. [사진=한국연구재단]

화학점착제는 체액을 포집할 때 피부자극과 각질손상이 유발될 수 있어 반복사용이나 장시간 부착이 어렵다. 여러 환경들(습윤환경, 굴곡진 피부표면, 신체활동 등)에서도 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 만들었다.

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

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

방창현 교수는 “이번 연구결과를 기반으로 해 다양한 바이오 마커들의 현장진단을 가능하게 하는 의료정보 제공 플랫폼으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다”며 “앞으로 더 개인화 된 맞춤형 진단의 실용화를 위해 생체신호를 측정하고 피드백을 제공하는 데에 있어 성별, 나이, 인종 등의 다양성을 고려한 분석이 요구된다”고 말했다.

연구성과(논문명:Diving beetle-like Miniatured Plungers with reversible, rapid biofluid capturing for machine-learning based care of skin disease)는 국제학술지‘사이언스 어드밴시스(Science Advances) 6월 17일 자에 실렸다.