나노 발전기로 대머리 걱정 ‘뚝’

과학기술

나노 발전기로 대머리 걱정 ‘뚝’
배터리 없는 두피자극 기기 개발

2019.09.24 11:21 심재율 객원기자

탈모인들에게 희소식이 전해졌다. 간단하게 모자를 쓰는 것만으로 탈모를 방지할 수 있는 기술이 개발된 것.

위스콘신 매디슨 대학(University of Wisconsin-Madison) 슈동 왕(Xudong Wang) 교수 연구팀은 배터리가 필요하지 않은 소형의 ‘나노 발전기’로 머리를 자극해서 발모 효과를 낼 수 있다고 ‘ACS 나노’ 저널에 발표했다. 왕 교수는 “모발 재생에 있어 매우 실용적인 해결책이 될 것 같다”고 말했다.

왕 교수 팀이 개발한 ‘나노 발전기’는 별도의 충전설비가 필요하지 않다. 신체의 작은 움직임을 이용해서 아주 약한 전기를 생산하기 때문이다. 패치처럼 생긴 나노 발전기는 사람의 일상적인 움직임으로부터 생기는 마찰을 이용해서 전기를 생산한다.

탈모를 방지하는 전기 자극 장치가 개발됐다. ⓒ Pixabay

이 전기에서 나오는 저주파 펄스가 피부에 자극을 전달하는 것이다. 전기 자극은 자고 있는 모낭에게 “일어나!”라는 신호를 준다. 자극을 받은 모낭은 머리카락이 자라게 한다.

저주파 펄스 발생, 자고 있는 모낭 깨워

이 기기는 모낭이 피부에서 새로 싹트게 하지 않는다. 대신에 그들은 휴면 상태에 빠진 모발 생산 구조를 다시 활성화시킨다. 이것은 그들이 탈모증 초기에 탈모가 더 이상 진전되지 않도록 개입하는데 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 하지만, 이 기기가 몇 년 동안 당구공처럼 변한 탈모를 겪은 사람에게 역전의 기회를 주지는 않을 것이다.

현재 대머리가 되고 싶지 않은 남성들은 ‘혈압 강하 및 모발 발육 촉진제’ 로션을 바르거나, 남성호르몬 억제제인 ‘피나스테리드’ 알약을 먹거나 혹은 모발 이식 수술 등을 활용하여 탈모를 치료할 수 있다. 그러나 로션이 모든 사람에게 효과가 나타나는 것은 아니며, 알약은 성욕과 생식력을 감소시킬 수 있고, 이식수술은 비용이 많이 든다.

또 다른 방법인 전기 펄스로 두피를 자극하는 것도 모발 성장을 회복시키는 것으로 나타났다. 그러나 배터리 팩을 하루에 몇 시간씩 충전해야 하기 때문에 그다지 실용적인 치료법은 아니다.

이 장애물을 극복하기 위해 슈동 왕 교수 연구팀은 특수 패치를 개발했다. 이 패치를 두피에 붙여놓으면 몸이 움직일 때마다 패치에 있는 아주 작은 ‘나노 발전기’에서 전기가 생성된다.

1㎜ 두께의 플라스틱 패치는 서로 다른 성질을 가진 물질을 여러 층으로 쌓아 만들었다. 사람이 움직이면 이 패치 내부에서는 서로 다른 물질이 미세한 마찰을 일으키면서 약한 마찰전기가 발생한다.

왕 교수팀은 이 전기를 이용해서 두피에 전기 자극을 하는 아주 작은 기기를 개발한 것이다. 워낙 작기 때문에 사람들이 매일 쓰는 운동용 모자 안에 넣어서 사용해도 겉으로 티가 나지 않는다.

이 패치를 쥐의 등에 붙이고 실험했더니, 쥐가 움직일 때 패치가 구부러지거나 늘어나면서 마찰전기 효과가 나타났다. 전기 펄스는 발모 로션과 불활성 식염수 용액에 비해 면도된 쥐의 모발 재발을 촉진시켰다.

왕 교수(왼쪽)가 ‘나노 발전기’ 모자를 씌우고 있다. ⓒ UW-Madison

왕 교수팀은 머리카락 성장 인자의 유전적 결핍 때문에 털이 없는 생쥐의 등에 발전용 패치를 붙여 효과를 측정했다. 9일 후, 2㎜ 길이의 털이 패치 아래 생쥐 피부에서 자랐다. 발모 로션과 식염수로 처리된 생쥐 피부에서는 1㎜ 길이의 털만 자라났다. 패치를 붙인 부위의 모발 밀도는 로션과 식염수로 처리된 부위보다 3배나 높았다.

현미경으로 쥐의 피부를 분석하니 케라틴 세포 성장인자, 혈관 내피 성장인자 등 모발 성장을 촉진하는 자연화학물질의 방출이 늘어났다.

왕 씨는 머리숱이 적은 아버지에게 이 패치를 테스트했다고 뉴 사이언티스트(New Scientist)는 보도했다.

생쥐 실험에서 3배 효과 얻어

연구팀은 머리카락 성장을 촉진하기 위해 야구 모자 안에 발포 패치를 넣었다. 그러나 이 모자는 대머리가 된 지 여러 해가 지나 피부가 새 모낭을 만들어내는 능력을 잃은 사람에게는 효과가 없을 것이라고 왕 교수는 말했다.

현재 머리카락이 빠지고 있거나 최근에 대머리가 된 남성들에게만 효과가 있다는 것. 왕 교수는 하루에 몇 시간씩만 패치 모자를 쓰면, 발모 효과를 얻기 충분하다고 말했다.

‘나노 발전기’는 모자에 넣어 사용할 만큼 작다. ⓒ UW-Madison photo by Alex Holloway

왕 교수는 아주 작은 에너지 수집 장치의 설계와 제작에 있어 세계적인 전문가다. 그는 상처를 치유하는 전기 자극 붕대와 부드러운 전기를 이용한 체중 감량 임플란트를 개척해 왔다.

왕 교수는 “전기 자극은 다양한 신체 기능에 도움을 줄 수 있지만, 이 기기를 개발하기 전에는 부드럽고 효과적인 자극을 제공하는 작은 장치를 만들 좋은 해결책은 없었다.”고 말했다.

전기 펄스는 믿을 수 없을 정도로 약해서 두피의 가장 바깥쪽 층까지만 침투하고, 더 깊은 곳까지 침투하지 않는다. 이 때문에 전기 자극 기기가 사람에게 어떤 불쾌한 부작용도 일으키지 않는다. 이것이 성 기능 장애, 우울증, 불안의 위험을 수반하는 일부 대머리 치료제들에 비해 두드러진 차이점이다.

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