피 안 뽑고 혈당 측정하는 기술…국내 연구진 개발

UNIST, ‘체내 삽입형 전자기파 기반 혈당 측정 시스템’ 개발
“수명 제한 없이 반영구 사용…당뇨병 환자 채혈 고통 없애”

혈당 검사. 게티이미지뱅크

 
공복 시 혈액 내 당분 수치가 정상(100㎎/dL)보다 높은 126㎎/dL 이상으로 유지되는 질환인 당뇨병. 당뇨병 환자들은 식사 등을 조절해 정상 수치를 유지해야 하기 때문에 하루에도 여러 차례 손가락 끝을 찔러 채혈을 하고 혈당을 확인하는 고통과 불편을 겪어야 한다.

그런데 피를 뽑지 않고도 혈당을 측정할 수 있는 새로운 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과 변영재 교수 연구팀은 피를 내지 않고 혈당을 측정하는 ‘체내 삽입형 전자기파 기반 혈당 측정 시스템’을 개발했다고 31일 밝혔다.

이 시스템의 센서는 면봉의 5분의 1 정도의 크기로, 피부 속 세포와 세포 사이를 채우는 세포의 조직액인 ‘간질액’(interstitial fluid)의 혈당 변화를 감지한다.

기존 연속혈당측정장치의 단점인 짧은 사용 기간을 극복할 뿐만 아니라 혈당을 반영하는 정확도도 높아 상용화 가능성이 크다.

당뇨병 환자들은 매일 채혈에 따른 고통과 불편을 겪는다. 이 때문에 채혈을 통한 혈당측정 방식에 대한 대안으로 효소나 형광을 기반으로 하는 측정 기술도 개발됐다. 

하지만 혈액 내 포도당이 포도당 산화효소와 반응하면서 나오는 과산화수소가 산소로 바뀔 때 내놓는 전자(전류)를 측정하는 ‘효소 기반 방식’은 피는 안 뽑아도 되지만, 효소 수명이 짧아 시간이 지나면 정확성이 낮아진다. 또 혈액 내 포도당 수치가 달라지면 빛에 반응하는 파장도 달라지는 점에 착안한 ‘형광 기반 방식’도 시간이 지나면 발광량이 감소해 정확도가 떨어진다.

체내 삽입형 전자기파 기반 혈당 측정 방식. 울산과학기술원(UNIST) 제공

 
이에 연구팀은 수명에 제한이 없는 ‘전자기파’를 이용해 반영구적인 체내삽입형 혈당측정시스템을 만들었다. 효소 기반 센서처럼 매주 교체할 필요가 없어 편리하고, 연속혈당측정(CGMS) 이용 단가도 획기적으로 낮출 수 있다. 

이 기술은 현재 5%에 지나지 않는 CGMS의 보급률을 높일 것으로 내다보고 있다.

또한 피부를 절개해 피하지방에 심는 ‘이식형’ 장치이기 때문에 주변의 온도와 습도, 움직임 등 외부환경에 영향을 받지 않고 혈당 측정의 정확도를 높일 수 있다. 센서는 길이 30㎜에 원형 둘레 4㎜ 크기로 설계됐으며, 생체 적합성이 뛰어난 폴리올레핀 계열의 포장재로 감싸져 있다.

주사기로 한 번만 이식하면 반영구적으로 사용할 수 있으며, 저전력으로 구동이 가능해 NFC(Near Field Communication) 기능을 사용하는 장치나 스마트폰으로도 언제든 혈당을 확인할 수 있다.

변영재 교수는 “이식형의 장점 덕분에 혈당 측정의 정확도를 높일 수 있어 FDA 기준을 만족할 것”이라며 “한 번만 이식하면 반영구적으로 사용할 수 있으며, 저전력으로 구동이 가능하기 때문에 NFC(Near Field Communication) 기능을 사용하는 장치나 스마트폰으로도 언제든 혈당 확인이 가능하다”고 강조했다.

왼쪽부터 김성문 연구원, 변영재 교수, 자간나트 말릭 박사. 울산과학기술원(UNIST) 제공.

 
시스템의 센서는 혈당 성분이 가진 고유한 유전율이 전자기파에 의한 변화와 연동된다. 센서가 작동하면 주변에 발생한 전자기파 영역은 유전율 변화를 감지한다. 

제1저자인 김성문 UNIST 전기전자공학과 석·박사통합과정 연구원은 “만약 혈당이 높아지면 유전율이 낮아지는데, 이때 센서의 주파수는 높아진다”며 “이 점을 이용하면 실시간 혈당 측정도 가능하다”고 설명했다.

연구진은 시스템을 동물 몸에 부착하여 실제로 혈당 측정이 가능한지 검증했다. 

그 결과. 정맥에 직접 포도당을 주사하거나(IVGTT) 구강으로 포도당을 주입해 소화시킨 경우(OGTT) 모두 혈당과 주파수가 같은 경향성을 보였다.

변 교수는 “새로 개발한 장치는 시간이 지나도 성능 감소가 없는 ‘전자기파’를 사용해 사실상 수명이 영구적”이라며 “향후 센서 내부에 시스템을 하나로 통합한 칩을 적용하는 등 연속혈당측정 시스템으로 발전시킬 것”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’에 발표됐다. 

한편, 이번 연구는 UNIST 교원창업기업인 ㈜에스비솔루션과 협업으로 진행됐다. ㈜에스비솔루션은 2017년 변영재 교수가 개발한 전자기파 혈당측정기 기술을 기반으로 창업했으며, 관련 시스템은 상용화 단계에 들어서 있다.

이승구 온라인 뉴스 기자 lee_owl@segye.com