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김대형(4기) 장학생, '땀으로 혈당측정·약물투여 조절' 신형 당뇨패치 개발

국내 연구진이 채혈 없이 미량의 땀으로 혈당을 측정하고 혈당 수치에 따라 단계별로 적정량의 약물을
투여할 수 있는 피부 부착형 당뇨패치를 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단(단장 현택환 서울대 화학생물공학부 교수)
김대형 연구위원(서울대 화학생물공학부 교수, 4기 장학생) 연구팀은 기존
당뇨패치보다 적은 양의 땀으로 혈당을 더 정확히 측정할 수 있는 측정패치와
혈당에 따라 단계별로 적정량의 약물을 투여하는 약물전달패치로 구성된
통합시스템을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 이 연구 성과는 지난해 자체 개발한 당뇨패치(네이처 나노테크놀로지
게재)를 더 소형화하고 정확도를 높인 것이라며 채혈 및 인슐린 주사로 인한
당뇨병 환자의 고통과 번거로움을 덜어줄 것으로 기대한다고 말했다.

피부부착형 혈당측정 패치와 실제 사용 모습 - 피부부착 패치 형태의 비침습적 당센서 시스템(왼쪽), 패치 내 센서 구성(가운데), 패치를 팔에 부착하고 운동하면서 땀 속 혈당을 모니터링 과정. <IBS 제공>

연구팀은 혈당 측정을 위해 일부러 땀내는 것이 번거로운 점을 고려해 더 적은 양의 땀으로 혈당을 더 정확히
측정할 수 있도록 미세한 구멍이 많은 다공성 금으로 당센서를 제작, 더 소형화하면서도 민감도는 높였다.
이 당센서는 1㎕ 정도의 땀으로 혈당을 측정할 수 있다. 이는 가습기에서 나오는 증기 수준의
물 한 방울(2∼5㎕)보다도 적은 양이다.

연구팀은 이 센서를 여러 개 집적해 땀 속 당 농도를 측정한 다음 습도, 온도, 산성도 등을 측정해
혈당 측정치를 보정, 더 정확한 혈당 수치를 얻었다.

이들은 이 센서를 피부에 붙이는 패치형과 함께 사용자가 1회용으로 당 수치만 간편하게 측정할 수 있도록
스트립(막대)형 센서도 개발했다.

스트립(막대)형 혈당측정센서 - 스트립 형태의 일회용 비침습적 당센서 시스템(왼쪽), 스트립을 활용해 피부의 땀의 포집하는 모습(가운데), 포집된 땀의 분석 과정.<IBS 제공>

연구팀은 피부부착형 당센서는 운동 등 활동을 하면서 혈당 수치를 측정할 수 있고,
스트립형 당센서는 사용자가 일회용으로 간편하게 사용할 수 있다고 설명했다.

연구팀은 이어 두 종류의 상변화 나노입자를 이용해 측정된 혈당 수치에 따라 단계별로 적정량의 약물을
전달할 수 있는 약물전달패치를 개발했다. 이 약물전달패치는 혈당 수준에 따라 전달되는 약물의 양을
6단계로 조절할 수 있다.

연구팀은 혈당 측정패치와 약물전달패치를 제2형 당뇨병을 유발한 실험용 쥐에 적용, 혈당을 측정하고
단계별 약물투여로 혈당을 조절하는 데 성공했다.

김대형 연구위원은 "환자들이 더 손쉽게 사용할 수 있고 상용화 가능하도록 기존 당뇨패치를 개선했다"며
"이번 당센서 및 치료에 적용된 다양한 기술들은 당뇨병 치료 외에도 다양한 질병 모델의 진단과 치료에
광범위하게 활용 가능할 것"이라고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시즈'(Science Advances. '17.3.9일자) 온라인판에 게재됐다.

4기 김대형 장학생 논문 보기: http://advances.sciencemag.org/content/3/3/e1601314

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