수분 흡수하는 나뭇잎 모사 '바이오센서' 개발..생체신호 측정 정확도↑

- 고려대 이성환 교수 연구팀, 항상성 바이오센서 최초 개발 성공

나뭇잎 항상성 시스템을 모사한 항상성 바이오센서 아키텍처.[고려대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 고려대학교는 인공지능학과 이성환 교수 연구팀이 수분을 흡수하는 나뭇잎 표피구조를 모사한 항상상 바이오센서를 최초로 개발했다고 17일 밝혔다. 과학저널 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 미국 현지시간 기준 4월 16일 게재됐다.

연구팀이 개발한 바이오센서는 식물이 나뭇잎을 통해 수분 함유량을 일정하게 유지하는 항상성 시스템을 모방, 인체의 피부 위에서 센서 스스로 안정적인 전기적 인터페이스를 유지해 장시간 안정적으로 생체 신호를 측정할 수 있다. 항상성이란 생명체가 여러 가지 환경 변화에 대응하여 내부 환경을 안정적이고 상대적으로 일정하게 유지하려는 계의 특성을 말한다.

기존 전기생리학적 신호를 측정하는 바이오센서 기술들은 피부로부터 땀이나 분비물의 발생 같은 피부의 항상성 시스템을 고려하지 못해 장시간 안정적으로 생체 신호를 측정하지 못한다. 항상성 바이오센서 기술은 식물의 잎이 가뭄이나 장마와 같은 환경 변화에 맞추어 표피의 기공을 통해 식물 내부의 물 함유량을 스스로 조절하는 나뭇잎 항상성 시스템을 모방해 개발됐다. 특히 연구팀은 세포벽의 주 구성 물질인 셀룰로오스가 전해질을 흡수할 때 변화하는 전기적, 화학적, 기계적인 변화를 종합적으로 분석해 셀룰로오스에 대한 새로운 항상성 물질로의 가능성을 발견했다. 항상성 바이오센서의 핵심 원리는 피부와 센서 표면 사이의 확산 기울기에 따른 확산 현상에 의해 피부의 상태 변화에 맞추어 센서 스스로 전기적 인터페이스를 일정하게 조절하는 새로운 인터페이스 기술이다.

뇌-컴퓨터 인터페이스를 통한 바이오센서의 성능 실험 및 분석.[고려대학교 제공]

이성환 고려대 교수는 “피부는 바이러스나 외부 물질로부터 인체를 보호하고 환경 변화에 따라 인체의 온도, 수분 함량 등을 일정하게 조절하는 항상성의 중요한 기관”이라며 “항상성 바이오센서 기술은 피부의 건강을 지키면서 사람의 의도가 담긴 전기생리학적 신호들을 장시간 안정적으로 측정할 수 있는 새로운 인터페이스 기술”이라고 말했다.

그는 또 “항상성 바이오센서와 뇌-컴퓨터 인터페이스의 결합은 생체 신호를 활용한 응용 시스템의 활용성을 극대화할 것”이라고 덧붙였다.

nbgkoo@heraldcorp.com

- Copyrights ⓒ 헤럴드경제 & heraldbiz.com, 무단 전재 및 재배포 금지 -