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피부에 붙여두면 몸 상태를 감지해 필요한 순간 전기자극을 주고, 의료진이 스마트폰으로 원격 제어할 수 있는 웨어러블 전자약이 개발됐다.
향후 임상 검증을 거치면 병원을 자주 방문하기 어려운 만성 통증 환자의 재택·원격 관리에 활용될 가능성이 있다.
한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 정재웅 교수와 한국한의학연구원 이상훈 박사 공동 연구팀이 무선 마이크로니들 전자약과 사물인터넷(IoT) 기반 원격 제어 기술을 결합한 웨어러블 전자약 플랫폼을 개발했다고 13일 밝혔다.
이번 기술은 피부에 붙이는 하나의 작은 기기에 안정적인 전기자극과 스마트폰 원격 제어, 몸 상태에 따른 자동 자극 기능을 구현한 것이 특징이다.
연구팀은 온도에 반응하는 전도성·접착성 마이크로니들 전극을 적용했다. 미세한 바늘이 전기 저항이 높은 피부 각질층을 통과해 전기자극을 전달하기 때문에 땀이나 각질 등의 영향을 줄이면서 보다 안정적으로 전류를 전달할 수 있다.
전극에는 하이드로젤을 코팅해 전류가 특정 지점에 집중되지 않고 바늘 끝에서 고르게 퍼지도록 했다.
안전장치도 적용했다. 피부 온도가 비정상적으로 높아지면 전극의 접착력이 떨어져 피부에서 스스로 분리되도록 설계했다. 전기자극 과정에서 발생할 수 있는 과도한 열과 피부 화상 위험을 줄이기 위한 장치다.
사물인터넷(IoT) 기술을 활용하면 의료진이 환자와 떨어져 있어도 스마트폰 등을 통해 전자약의 작동 시간과 전기자극을 원격으로 조절할 수 있다. 실시간으로 조작하거나 원하는 시간에 자극이 이뤄지도록 예약하는 것도 가능하다.
연구팀은 한국과 미국처럼 국가 간 거리가 먼 환경에서도 기기를 원격으로 제어할 수 있음을 확인했다.
몸 상태를 감지해 전자약이 자동으로 작동하는 기능도 구현했다.
연구팀은 광혈류(PPG) 센서를 이용해 통증과 관련된 스트레스 상태를 감지하고, 이를 바탕으로 전기자극을 자동으로 작동시키는 폐루프 치료 기능을 구현했다.
기기를 직접 켜고 자극 세기를 조절하는 방식에서 나아가 ‘몸 상태 감지→필요한 전기자극→상태 재확인’으로 이어지는 자동화된 통증 관리가 가능하도록 한 것이다.
연구팀은 특히 항암 치료 후 발생하는 말초신경병증 통증이나 노년층의 근골격계 통증처럼 반복적인 관리가 필요한 만성 통증 분야에서 활용 가능성이 높을 것으로 기대했다.
동물실험에서는 기존 젤 전극보다 전류가 효과적으로 전달됐으며 통증 완화 효과도 확인됐다. 건강한 성인을 대상으로 한 소규모 연구에서는 전기자극에 따른 피부 감각 통증 역치 변화를 확인해 사람에게 적용할 가능성도 살폈다.
다만 현재까지 확인된 직접적인 진통 효과는 동물실험 단계다. 실제 만성 통증 환자를 대상으로 한 치료 효과와 장기간 사용에 따른 안전성은 아직 검증되지 않았다. 연구팀은 향후 추가적인 임상 연구가 필요하다고 설명했다.
정재웅 교수는 “향후 임상 검증을 거쳐 환자의 상태에 맞춰 통증을 관리하는 개인 맞춤형 디지털 헬스케어 플랫폼으로 발전하기를 기대한다”고 말했다.
이상훈 박사는 “이번 연구가 향후 웨어러블 침 치료 기술과 융합돼 전기자극으로 경혈을 자극하는 새로운 비약물성 통증 관리 기술로 발전하기를 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구에는 KAIST 김희수 박사과정과 한국한의학연구원 방세권 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다.
