레이저로 '땀 혈당 센서' 척척 만든다 [지금은 과학]

[아이뉴스24 정종오 기자] 레이저 패터닝 기술로 복잡한 공정 없이 ‘땀으로 혈당을 재는 센서’를 만드는 기술이 나왔다.

당뇨 환자는 하루에도 여러 번 손가락을 찔러 혈당을 측정한다. 통증과 감염 위험이 따르고 일상에서 수시로 측정하기 어렵다. 침이나 땀으로 혈당을 측정하는 비침습 센서 개발이 활발하다. 문제는 전극 제작용 틀(마스크)을 만들고 노광과 식각 공정을 거쳐야 한다.

설계를 바꾸려면 처음부터 다시 틀을 만들어야 한다. 포도당을 감지하는 효소는 열과 빛에 쉽게 변질하는 특성 때문에 오랫동안 사용하면 성능이 떨어진다.

한국생산기술연구원(원장 이상목)과 한양대(총장 이기정) 공동 연구팀이 제작용 틀 없이 제작할 수 있는 비효소식(Non-enzymatic) 포도당 센서 기술을 개발했다.

생기원 신산업부품화연구부문 양찬우 박사 수석연구원과 한양대 재료화학공학과 이화성 교수 연구팀은 레이저를 이용해 전극을 직접 형성하는 방식을 썼다. 땀 기반의 혈당 센서에 적용할 수 있는 전극 구조와 제작 기술을 개발했다.

연구팀은 기존의 복잡한 공정을 거치지 않고 전극을 제작하기 위해 레이저로 원하는 전극 모양을 직접 그려내는 패터닝 기술을 개발했다.

산화주석(SnO₂) 나노입자를 섞은 플라스틱 소재에 레이저를 조사해 내부 산화주석을 표면에 노출시켰다. 구리 용액에 담가 레이저를 쏜 부분에만 구리가 붙어 전극이 만들어지도록 했다.

구리 전극의 산화를 막기 위해 니켈과 금을 차례로 입혀 3중 구조의 보호막을 만들었다.

레이저 조사로 울퉁불퉁해진 표면은 포도당과 닿는 면적이 넓어져 감지 기능이 크게 향상되는 것으로 나타났다. 이 기술을 활용하면 고온 처리나 진공 장비 없이도 휘어지는 플라스틱 기판에 직접 적용할 수 있다. 전극 모양을 바꿀 때도 컴퓨터에서 레이저 경로만 수정하면 된다.

실험 결과 제작된 센서의 포도당 검출 민감도는 상용 전극보다 약 18배 높은 것으로 나타났다. 해당 센서는 굽힘반경 5㎜ 조건에서 10만회 반복 굽힘 시험을 거쳤다. 전기 저항 변화가 웨어러블 센서의 내구성 기준인 25% 이내로 확인됐다.

양찬우 수석연구원은 “마스크 공정 없이 레이저만으로 고감도·고내구성 땀 혈당 센서를 구현했다”며 “비침습 당뇨 모니터링 기술과 웨어러블 헬스케어 플랫폼으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다.