3D프린팅된 웨어러블 센서, 땀으로 건강 확인한다.

3D프린팅 모니터는 언젠가 건강 상태를 추적하고 당뇨병, 통풍, 신장 질환 또는 심장병과 같은 일반적인 질병을 진단하는 간단하고 비 침습적인 방법을 제공할 수 있다.

ACS 센서 저널에 보고된 바와 같이, 연구자들은 지원자의 포도당, 젖산염, 요산 수준과 운동 중 발한 속도를 정확하게 모니터링할 수 있었다.

건강 모니터는 유연하며 착용이 편안하도록 설계되었다. (제공: WSU)

"당뇨병은 전 세계적으로 주요 문제이다."라고 워싱턴 주립 대학의 박사 과정 학생이자 논문의 첫 번째 저자인 추추 첸(Chuchu Chen)이 말했다. "3D프린팅이 의료 분야에 변화를 가져올 수 있다고 생각하며, 3D프린팅과 질병 감지 방법을 결합하여 이와 같은 장치를 만들 수 있는지 확인하고 싶었다."

개념 증명 건강 모니터를 위해 연구원들은 3D프린팅을 사용하여 독특한 원스텝 제조 공정으로 건강 모니터를 만들었다. 연구진은 신호를 강화하고 낮은 수준의 바이오 마커를 측정하기 위해 단일 원자 촉매와 효소 반응을 사용했다. 모니터에 있는 3개의 바이오센서의 색상이 바뀌어 특정 생화학적 수준을 나타낸다.

땀에는 건강 상태를 나타낼 수 있는 중요한 대사 물질이 많이 포함되어 있지만 혈액 샘플링과 달리 비침습적이다. 땀의 요산 수치는 통풍, 신장 질환 또는 심장 질환이 발생할 위험이 있음을 나타낼 수 있다. 혈당 수치는 당뇨병을 모니터링하는 데 사용되며 젖산 수치는 운동 강도를 나타낼 수 있다.

기계 및 재료 공학부 조교수인 카이얀 키우(Kaiyan Qiu)는 "땀 흘리는 속도는 사람들의 건강에 대한 중요한 매개변수이자 생리학적 지표이기도 한다."고 말했다.

그러나 땀에 포함된 이러한 화학 물질의 양은 매우 적고 측정하기 어려울 수 있다고 연구진은 지적한다. 다른 땀 센서가 개발되었지만 복잡하고 제작하려면 특수 장비와 전문 지식이 필요하다. 센서는 또한 유연하고 신축성이 있어야 한다.

기계 및 재료 공학부 연구 교수인 애니 두(Annie Du)는 “단일 원자 촉매를 사용하여 상태 모니터의 감도와 정확성을 향상시키는 것은 참신한 일이다.”라고 말했다. 키우와 두가 연구를 주도했다.

새로운 건강 모니터는 땀의 속도와 바이오 마커의 농도를 측정하기 위해 아주 작은 채널로 만들어졌다. 3D프린팅을 통해 제작되기 때문에 마이크로 채널에는 지지 구조가 필요하지 않으므로 제거 시 오염 문제가 발생할 수 있다고 키우는 말한다.

“우리는 미세한 농도의 바이오 마커를 측정해야 하므로 이러한 지원 물질이 존재하거나 제거되는 것을 원하지 않는다.”라고 그는 말한다. "그래서 우리는 자립형 미세유체 채널을 인쇄하기 위해 독특한 방법을 사용하고 있다."

연구원들은 지원자의 팔에 있는 모니터를 실험실 결과와 비교했을 때 그들의 모니터가 발한 속도뿐만 아니라 화학 물질의 농도를 정확하고 안정적으로 측정한다는 것을 발견했다.

연구자들은 처음에 측정할 세 가지 바이오마커를 선택했지만 더 추가할 수 있으며 바이오마커를 맞춤화할 수도 있다. 모니터는 자원봉사자들이 착용하기에도 편안했다.

연구원들은 현재 장치 설계 및 검증을 더욱 개선하기 위해 노력하고 있다. 그들은 또한 이 기술을 상용화하기를 희망하고 있다. WSU 상업화 사무국(Office of Commercialization)도 이 기술과 관련된 지적 재산권을 보호하기 위해 임시 특허 신청서를 제출했다.

국립과학재단(National Science Foundation)과 질병통제예방센터(CDC)가 이 연구에 자금을 지원했다.

출처: 워싱턴 주