#자연 모사 #물방개 #물방개 다리 #가역적 #흡입 컵 #하이드로겔 #생체액 수집 #피부 pH 분석 #기계 학습 #패치형 웨어러블 디바이스

#피부 건강 모니터링 #피부 질병

새로운 패치형 웨어러블 디바이스

• 물방개 다리에서 영감을 받은 새로운 장치가 개발되었습니다. *MicroPlunger (MP)와 pH 반응성 하이드로겔로 구성된 피부 부착형 패치입니다.

• 본 패치를 피부에 부착 시, 생체액을 빠르게 수집하여 실시간으로 피부 건강 징후 모니터링이 가능하며, pH 값을 정량화할 수 있습니다. 

  
  

* Microplunger: micro (작은) + plunger (피스톤 구조를 통해 무언가를 밀어내는 장치) 합성어로,

피스톤 압축기 (공기압 뚫어뻥) 헤드와 같은 모양

핵심 기술

• MP는 물방개 다리의 마이크로 구조체를 모사하였습니다. 이는 건조/습윤 환경에서 사람의 피부에 반복적인 탈부착이 가능합니다. MP가 가지고 있는 넓은 버섯 모양의 단단한 컵 구조와 원형 챔버 구조는 각각 밀봉 (Sealing)과 흡입 (Suction) 기능을 하기 때문입니다.

  
  

패치 제형

• 피부 질환 징후를 분석하기 위해 MP 내에 하이드로겔을 삽입한 형태의 피부 부착형 패치를 연구 및 개발했습니다. 하이드로겔은 pH에 따라 색이 변하는 특성이 있습니다.

• 따라서 본 패치를 피부에 부착하면 피부 내 생체액을 즉시 수집하여 실시간으로 모니터링이 가능하며, 상태에 따라 pH 정도를 시각적으로 나타냅니다.

기술 응용 분야

• 피부 pH 값을 실시간으로 확인할 수 있어 여드름과 같은 피부 관련 질병 징후에 대한 정보를 사용자에게 빠르게 전달할 수 있습니다. 그 결과 사용자가 질병 초기에 효과적이고 신속한 치료 의사 결정을 할 수 있는 잠재적인 가능성을 보여주고 있습니다.

효과

1) 구조

• 건조 및 수중 조건에서 각각 다른 구조를 가진 샘플의 점착력을 측정했습니다: 물방개 기반 구조 (DIA), 버섯 모양 원통형 기둥 (MCP), 원통형 기둥 (CP) 및 평면 (Flat). 그 결과 물방개 구조 샘플이 가장 높은 점착력을 보이는 것을 확인할 수 있습니다.

  
  

• DIA 팁을 *soft-PDMS (s-DIA)로 변경하여 접촉률을 향상시켰으며, DIA 크기를 500 ㎛ 직경으로 최적화하여 구조물 탄성변형에 의한 흡입 응력을 극대화했습니다.

  
  

* soft-PDMS: soft (부드러운) + PDMS (유기 규소 화합물, 흔히 ‘실리콘’으로 지칭) 합성어

2) 하이드로겔

• s-DIA 내부에 생체 적합성 하이드로겔을 삽입한 구조를 설계했으며, 건조 및 수중 조건에서 하이드로겔 유무에 따른 점착력을 비교했습니다. 그 결과 하이드로겔 내장된 s-DIA (H-s-DIA)는 90분 후에 점착력이 포화되고 유지되는 반면, s-DIA는 접촉 시간에 따라 변하지 않는 것을 확인할 수 있습니다.

시사점

• 물방개 다리를 모사한 MP 내에 pH 반응성 하이드로겔을 삽입하여 피부 점착 능력과 생체액 수집 능력을 극대화했습니다. 피부 pH 값과 같은 여러 생체 신호를 모니터링하기 위해 바이오 센서 장치에 기계 학습 기능을 통합하였습니다.

• 추가적인 연구를 통해 다양한 피부 질환에 대한 스마트 피부 건강 관리 플랫폼을 개발하기 위해 박차를 가하고 있습니다.