국립한밭대학교(총장 오용준) 기계공학과 하지환 교수 연구팀이 KAIST, 한국기계연구원, 미국 캘리포니아공과대학교(Caltech) 연구팀과의 공동연구를 통해 피를 뽑지 않고도 땀의 색 변화(비색 분석)만으로 당뇨병과 당뇨발 등 중증 합병증을 실시간 모니터링할 수 있는 ‘무선·무배터리 다중 모달 광전자 웨어러블 센서’를 세계 최초로 개발했다.

이번 연구는 국립한밭대 기계공학과 하지환 교수와 KAIST 기계공학과 조석주 박사가 공동 제1저자로 연구를 주도했으며, KAIST 박인규 석좌교수, 한국기계연구원 나노리소그래피연구실 정준호 책임연구원, Caltech 웨이 가오(Wei Gao) 교수 연구팀이 공동 참여해 세계적 수준의 융합 연구 성과를 이끌어냈다.

기존의 땀 기반 비색 센서는 산성도(pH)와 같은 단순 지표만 측정할 수 있었고, 당뇨 관리의 핵심 지표인 포도당 농도 분석에는 한계가 있었다. 또한 색 변화 데이터를 스마트폰 카메라로 촬영해 분석해야 해 주변 조명이나 그림자 등에 따라 측정 오차가 크고, 연속 모니터링이 어렵다는 문제도 있었다.

특히 당뇨 환자의 포도당 및 pH 농도 변화를 의료 수준의 정확도로 측정하기에는 기술적 제약이 뚜렷했다.

이번 연구는 이러한 한계를 극복하고, 비색 모니터링 방식을 활용해 당뇨성 질환의 진행 상황과 당뇨발(당뇨성 족부 병변)과 같은 치명적 합병증의 징후를 비침습적으로 실시간 모니터링했다는 점에서 큰 의미를 가진다.

연구팀은 상처 드레싱 형태의 비색 천과 광전자 센서를 결합해 당뇨발 환부의 포도당 수치 상승과 피부 pH 불균형 현상을 24시간 연속 추적하는 데 성공했다. 이를 통해 조직 괴사로 이어질 수 있는 당뇨발 위험을 조기에 감지하고 예방할 수 있는 가능성을 제시했다.

또한 사용자는 스마트폰을 센서 가까이에 대기만 하면 별도의 배터리 없이도 센서를 구동할 수 있으며, 측정된 포도당·pH·체온 등 다양한 바이오마커 데이터가 실시간으로 전송돼 환자와 의료진이 즉각적으로 상태를 확인할 수 있다.

하지환 교수는 “매일 손가락을 찔러 혈당을 측정해야 하는 당뇨 환자들의 불편과 고통을 줄이고자 시작한 연구가 당뇨발과 같은 치명적 합병증까지 선제적으로 모니터링할 수 있는 원천기술 확보로 이어졌다”며 “이번에 개발한 비색 모니터링 기반 광전자 센서는 향후 당뇨뿐 아니라 다양한 만성질환의 맞춤형 무채혈 건강 모니터링 시장을 선도할 핵심 기술이 될 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 재료과학 분야 최상위 국제학술지인 『Advanced Functional Materials』(Impact Factor 19.0, JCR 상위 4.5%)에 게재됐으며, 전면 표지논문으로도 선정됐다.

논문 제목은 「Wireless, Battery-Free, Optoelectronic, Multi-Modal Sensor Integrated With Colorimetric Dressing for Diabetic Ulcer Management」이다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 재원으로 한국연구재단(NRF) 중견연구사업 및 알키미스트 사업의 지원을 받았으며, 2025년도 교육부와 대전광역시 재원으로 추진되는 대전RISE사업의 지원을 통해 수행됐다.