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의생명공학 교수인 웨이 가오(Wei Gao)가 이끄는 Cal Tech 연구진은 땀을 분석하여 사람의 혈액 내 대사물질과 영양분 수준을 모니터링하는 웨어러블 센서를 개발했습니다.이전의 땀 센서는 대부분 전해질, 포도당, 젖산염과 같이 고농도로 나타나는 화합물을 표적으로 삼았습니다.이 새로운 제품은 더욱 민감하며 훨씬 낮은 농도에서도 땀 화합물을 감지합니다.제작도 간편하고 대량생산도 가능하다.
팀의 목표는 의사가 심혈관 질환, 당뇨병, 신장 질환과 같은 질병을 앓고 있는 환자의 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있는 센서를 만드는 것입니다. 이들 질환은 모두 혈류에 비정상적인 수준의 영양소나 대사물을 발생시킵니다.의사가 자신의 개인 상태에 대해 더 많이 알고 이 방법을 사용하면 바늘과 혈액 샘플링이 필요한 검사를 피할 수 있다면 환자의 상태가 더 좋아질 것입니다.
Gao는 "이러한 착용 가능한 땀 센서는 분자 수준에서 건강의 변화를 빠르고 지속적이며 비침습적으로 포착할 수 있습니다."라고 말합니다.“맞춤형 모니터링, 조기 진단, 적시 개입이 가능해졌습니다.”
센서는 일반적으로 너비가 1/4mm 미만인 채널을 통해 소량의 액체를 조작하는 미세유체에 의존합니다.미세유체공학은 땀 증발과 피부 오염이 센서 정확도에 미치는 영향을 최소화하므로 응용 분야에 매우 적합합니다.갓 공급된 땀이 센서의 마이크로채널을 통해 흐르면서 땀의 성분을 정확하게 측정하고 시간에 따른 농도 변화를 포착합니다.
Gao와 그의 동료들은 지금까지 미세 유체 기반 웨어러블 센서는 대부분 복잡하고 값비싼 제조 공정이 필요한 리소그래피-증착 방식으로 제조되었다고 말합니다.그의 팀은 시트 모양의 탄소 형태인 그래핀으로 바이오센서를 만들기로 결정했습니다.그래핀 기반 센서와 미세유체 채널은 모두 가정용 애호가들이 사용할 수 있는 일반적인 장치인 이산화탄소 레이저로 플라스틱 시트를 조각하여 생성됩니다.
연구팀은 요산과 티로신 수치 외에도 호흡 및 심박수도 측정하도록 센서를 설계했습니다.티로신은 대사 장애, 간 질환, 섭식 장애 및 신경정신 질환의 지표가 될 수 있기 때문에 선택되었습니다.요산이 선택된 이유는 수치가 높아지면 전 세계적으로 증가하고 있는 고통스러운 관절 질환인 통풍과 관련이 있기 때문입니다.통풍은 체내의 높은 요산 수치가 관절, 특히 발의 관절에서 결정화되어 자극과 염증을 유발할 때 발생합니다.
센서가 얼마나 잘 작동하는지 확인하기 위해 연구자들은 건강한 개인과 환자를 대상으로 테스트했습니다.개인의 체력에 영향을 받는 땀 티로신 수치를 확인하기 위해 훈련된 운동선수와 평균 체력을 가진 개인이라는 두 그룹의 사람들을 사용했습니다.예상대로 센서는 운동선수의 땀에서 티로신 수치가 더 낮은 것으로 나타났습니다.요산 수치를 확인하기 위해 연구자들은 단식 중인 건강한 개인 그룹의 땀과 피험자가 요산으로 대사되는 음식의 화합물인 퓨린이 풍부한 식사를 먹은 후의 땀을 모니터링했습니다.센서에는 식사 후 요산 수치가 상승하는 것으로 나타났습니다.가오 팀은 통풍 환자를 대상으로 비슷한 테스트를 수행했습니다.센서를 통해 이들의 요산 수치가 건강한 사람보다 훨씬 높은 것으로 나타났습니다.
센서의 정확성을 확인하기 위해 연구진은 통풍 환자와 건강한 피험자의 혈액 샘플을 채취하여 확인했습니다.센서를 통해 측정한 요산 수치는 혈액 내 요산 수치와 밀접한 상관관계가 있었습니다.
Gao는 센서의 높은 감도와 제조 용이성이 결국 환자가 집에서 통풍, 당뇨병 및 심혈관 질환과 같은 상태를 모니터링하는 데 사용할 수 있음을 의미한다고 말합니다.자신의 건강에 대한 정확한 실시간 정보를 확보하면 환자가 필요에 따라 약물 수준과 식단을 조정할 수도 있습니다.
게시 시간: 2019년 12월 12일