실시간 상처 분석 및 치료하는 스마트 전자 드레싱 개발
공학·생화학·의학 융합 연구 통한 디지털 의료 플랫폼 역할 기대
황석원 교수팀 연구결과, Nano Today 논문 게재
▲ 왼쪽부터 양승민 석박통합과정(제1저자), 고관진 석박통합과정(제1저자), 황석원 교수(교신저자)
KU-KIST 융합대학원 황석원 교수 연구팀은 경희대 오승자 교수, 서울대 이강원 교수와의 공동연구를 통해 상처 부위에 적용되어 염증과 감염 정보를 측정하고, 이를 바탕으로 상처를 치료하는 스마트 전자 의료시스템을 개발했다. 이번 연구는 원격 의료 혹은 디지털 의료 플랫폼으로 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구결과는 세계적인 학술지 ‘Nano Today(IF=18.962)’지에 11월 12일 온라인 게재되어 12월 출판을 앞두고 있다.
* 논문명 : Soft, wireless electronic dressing system for wound analysis and biophysical therapy * 저널명 : Nano Today (Nano Today 2022, 47, 101685)
일반적으로 피부에 생긴 상처에 붙이는 드레싱제나 밴드는 환부를 보호하고 오염을 방지하는 기능을 수행한다. 드레싱 밴드가 기존 상처 보호 역할을 넘어 치료 상태나 감염을 파악하는 진단 기기로 발전하고 있다. 미세한 전류를 흘려 상처 치유의 회복을 도울 수도 있다. 진단과 치료가 모두 가능한 패치형 원격 의료기인 셈이다.
이번 연구에서는 상처에서 염증이나 감염과 관련 있는 카텝신/습도/pH/온도 변화를 동시에 수집하는 전자 드레싱을 개발하는 데 성공했다. 특히, 연구진은 상처 부위에서 염증이나 감염 시 분비되는 바이오마커 효소인 ‘카텝신’을 측정하기 위해 ‘염증 반응성 하이드로겔’을 개발했고 이를 얇은 박막형태의 전극과 결합해 ‘염증 센서’를 개발했다. 기존 의료기술의 염증 수치 검사는 환부에서 채혈로 이루어지므로 분석하는 데 시간 소요가 많아 빠른 의료적 조치를 취하는 데 어려움이 있었으나, 이번에 개발된 상처 드레싱 센서는 환자가 바로 스마트폰 앱으로 염증 수치와 환부의 상태를 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 측정된 상처 상태 기반으로 전자 드레싱이 미세한 전류 펄스를 주어 염증을 줄이고 회복 기간을 크게 단축할 수 있다.
연구진은 개발한 전자 드레싱을 생쥐의 상처에 적용하여, 카텝신/습도/pH/온도의 실시간 변화를 3주간 무선으로 모니터링하는데 성공했다. 특히 염증이 생긴 상처에서 카텝신이 많이 분비되는 것을 센서를 통해 실시간으로 확인할 수 있었다. 이어서 연구진은 전자 드레싱으로 상처에 전기자극치료를 시행해 상처 회복기간이 단축됨을 확인했다.
황석원 교수는 “이번 연구결과는 유연전자소자를 구현하는 공학 기술과 생화학, 의학 연구의 융합을 통하여 그동안의 기술로는 접근하지 못했던 체내 염증과 감염을 실시간 모니터링할 수 있으며, 전기자극 치료기술을 결합하여 거동이 힘든 중환자의 욕창 등 다양한 급성 및 만성 피부질환을 치료하는 데에도 효과적일 것”이라고 기대했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 전략과제, 범부처 전주기 의료기기 연구개발사업 및 정보통신기획평가원 ICT 명품인재양성사업의 지원을 받아 수행됐다.
[ 논 문 대 표 그 림 설 명 ]
▲그림1. a. 개발된 스마트 드레싱 시스템 전개도. 부드러운 고분자 기판 위에 제작된 시스템은 환부에 부착되어 상처에서 분비되는 바이오 마커와 다양한 생리신호들 (습도, pH, 온도)을 종합적으로 읽어내고, 치유를 촉진하는 전기자극치료를 수행한다. b. 피부의 물성과 형태가 모사된 상처 모형에 적용된 스마트 드레싱 시스템의 사진과 센서 부분의 확대 사진. c. 스마트 드레싱의 전반적인 구성요소와 동작 흐름을 나타내는 개략도.
▲ 그림2. a. 쥐의 상처에 스마트 드레싱 시스템 적용을 보여주는 그림. b. 시스템이 적용된 쥐 모델 사진. c. 상처에서 분비되는 염증 바이오마커 카텝신 측정값. 특히 감염된 상처에서 카텝신이 더 많이 분비되는 것이 관찰됨. d-f. 상처 치유와 관련 있는 습도, pH, 온도 측정결과. e-h. 스마트 드레싱을 이용한 전기자극치료의 효과. 10일 차부터 확연한 치유 속도 차이를 보임.
커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)
