혈액 검사 없이 땀만으로 체내 대사 변화를 정밀하게 측정할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 바이오·뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 땀 속 여러 대사산물을 동시에 실시간으로 분석할 수 있는 웨어러블 센서인 '스마트 패치'를 개발했다고 7일 밝혔다.

땀 등을 이용해 인체의 생리학적 상태를 모니터링하기 위한 웨어러블 센서 연구가 활발히 진행되고 있지만, 기존 형광 표지나 염색을 거쳐야 하는 센서는 땀을 효과적으로 수집·제어하는 데 어려움이 있었다.

연구팀이 개발한 센서는 피부에 직접 붙이는 방식의 얇고 유연한 패치로, 땀을 모으는 미세한 통로와 함께 빛을 이용해 땀 성분을 정밀 분석할 수 있는 초미세 광학센서인 나노플라즈모닉 구조로 돼 있다.

빛을 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 수준에서 조작해 분자의 성질을 읽어낼 수 있으며, 머리카락보다 가느다란 미세 유체 통로를 통해 땀을 정밀하게 제어할 수 있다.

패치는 내부에 적게는 6개에서 최대 17개의 챔버(저장 공간)가 있어, 운동 중 분비되는 땀이 순차적으로 각 챔버에 채워지는 미세 유체 구조로 설계돼 있다.

이를 통해 땀 속 여러 대사 성분을 동시에 분석할 수 있다.

연구팀은 실제 인체에 적용, 운동할 때 나오는 땀을 분석해 시간에 따라 달라지는 땀 성분의 변화를 연속적으로 추적하는 데 성공했다.

기존 기술은 두 가지 정도 성분만 검출할 수 있었지만 이번 연구를 통해 요산, 젖산, 티로신 등 대사·운동·질환과 관련된 중요한 체내 지표인 세 가지 대사 물질을 정량적으로 분석하고, 이 대사 물질 농도가 운동과 식단에 따라 어떻게 달라지는지 확인했다.

인공지능(AI) 분석 기법을 적용해 땀 속에 혼합된 여러 성분 가운데 원하는 대사산물의 신호만 정확하게 분리할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

달리기, 마라톤, 헬스 등 운동 중에 발생하는 지구력과 근육량의 변화를 파악할 수 있을 뿐 아니라 수치 변화를 통해 통풍·간 기능 이상·신장질환 등 잠재적 위험도 확인할 수 있다.

정기훈 교수는 "혈액을 채취하지 않고도 땀 패치만으로 체내 대사 변화를 정밀하게 모니터링할 수 있다"며 "만성질환 관리, 약물 반응 추적, 환경 노출 모니터링 등에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난달 27일 자 온라인판에 실렸다.