스마트폰에 종이 전자칩 연결해 당뇨 진단한다

서강대 연구팀, 종이 전자 진단칩 개발

개인용 프린터로 출력한 종이에 의료진단기기를 연결해 스마트폰으로 당뇨나 신장 이상, 뇌질환 등의 질병을 진단할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 혈액으로 의학적 진단을 할 수 있는 종이 전자 진단칩을 개발해 휴대폰으로 혈당 등을 손쉽게 진단할 수 있게 됐다고 12일 밝혔다.

종이 전자 진단칩(Paper based Electronic Diagnosis Chips)은 기존의 실리콘과 같은 기판을 사용하지 않고 종이 위에 프린팅기술을 이용해 전기적 신호를 제어하고, 이를 이용한 의학적 진단이나 분석이 가능한 칩을 말한다.

신관우 서강대 교수 연구팀은 태국·덴마크와의 공동연구를 통해 스마트폰과 가정용 잉크젯 프린터로 신체의 이상 변화를 진단하고, 분석할 수 있는 종이 기반의 전자 진단칩을 개발했다.

개발된 종이 진단칩은 프린터된 후 휴대폰으로 연결돼 혈액의 의학적 진단을 위한 복잡한 전처리 과정(여러 시약의 혼합, 반응시간 제어, 측정 등)을 자동으로 수행, 진단이 가능하다.

잉크젯 프린팅을 이용해 제작된 자동화된 진단칩과 센서를 결합시킨 다중 질병 진단칩 및 휴대폰으로 무선 제어하는 장비 사진

연구팀은 전도성 배선이 프린팅된 종이칩 표면 위에 전기가 흐르도록 전기장을 부여하면 전기장 형성에 의해 액체가 프로그램된 위치와 방향으로 이동, 진단에 필요한 시약의 혼합이나 반응시간 등을 사전에 입력된 프로그램으로 정밀하게 제어할 수 있음을 알게 됐다.

진단에 필요한 의료도구 없이도 출력된 종이칩 위에서 휴대폰으로 구동 가능한 무선장비를 결합함으로써 유체의 이동을 무선으로도 제어 가능하며, 기존 복잡한 전처리 과정을 종이 위에 자동화할 수 있음을 확인했다.

이를 통해 의료시설에서 혈액과 같은 액체를 종이칩 위에 투입해 질병 진단 전 과정을 매우 신속하고 정밀하게 제어할 수 있음을 발견했다. 실제 센서를 부착해 휴대폰으로 모든 전처리 과정으로 무선으로 제어하고 혈당, 신장, 뇌 관련 질병을 동시에 진단 및 분석할 수 있는 실제 진단기기를 개발했다.

블루투스로 연결된 장비는 혈액의 진단에 필요한 여러 단계의 과정을 휴대폰의 프로그램으로 제어하며, 최소 한 방울의 혈액으로도 3가지 이상의 신체의 이상 현상을 동시에 진단할 수 있음을 확인했다.

이 연구 성과는 미래창조과학부·한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구) 등의 지원으로 수행됐으며, 신소재 분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스 테크놀로지(Advanced Materials Technologies) 3월 16자 표지 논문으로 게재됐다.

신관우 교수는“고가의 장비 없이 종이, 재생지를 이용하여 가정용 프린터로 수 천 개의 칩을 손쉽게 만들 수 있다"며 "개인 맞춤형 의료 서비스, 바이러스?박테리아 검출을 위한 현장 진단기기 등에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.