[디지털비즈온 김맹근 기자] 다중 신호 검출이 가능한 착용형 나노 플랫폼은 휴먼 인터페이스 기술에 있어서 여러 동작 메커니즘을 단일 감지 장치에 통합하여 착용형 생체 센서로 개발하는 것은 유용한 전략 중 하나이다. 단국대학교 김한샘 연구 그룹은 유연한 PI 기판 위에 Au/Ni 전극을 제작하고 키토산/polyamidoamine 나노 복합체 위에 탄소나노튜브를 고정시켜(CNTC/PAMAM) 유연한 생체 센서를 제작하였다.

코어-쉘 구조를 가지는 CNTCPM 나노 합성물을 제조하기 위해서 CNT를 PM이 내장된 Chit 분자로 코팅하였으며, 마이크로 컨트롤러와 결합된 CNTC/PAMAM 유연 센서를 마스크에 직접 부착함으로써 사용자가 숨을 쉴 때 빠르고 깊은 호흡을 정확하게 구별할 수 있었다. 휴먼 인터페이스를 위한 현재의 응력 감지 센서는 일반적으로 단일 감지 요소로 이루어진 전도 네트워크를 통해 제작되며, 한계적인 신축성 또는 미미한 감도라는 단점이 있다.

스마트 콘택트 렌즈 형태의 착용형 나노 플랫폼

스마트 콘택트 렌즈에 대한 연구는 기계적 내구성, 화학적 안정성, 장시간 사용으로 인한 불편함, 다양한 각막 모양과 크기 등을 고려해서 인체 눈에 실제로 적용해야 하기 때문에 그에 맞는 착용형 나노 플랫폼을 개발하는 것은 매우 도전적이다.

그러나, 다기능 생체 센서를 내장한 스마트 콘택트 렌즈를 통해 정상적인 신체 움직임을 방해하지 않으면서도 눈물에 포함된 바이오마커를 비침습적이고 연속적으로 감지할 수 있다는 점에서 전 세계적으로 연구가 활발히 진행되고 있다.

바이오센서 형태의 착용형 나노 플랫폼

바이오센서를 통해 생물학적 또는 화학 물질의 다양한 농도를 실시간으로 측정하고 모니터링할 수 있기 때문에, 착용형 나노 플랫폼 기술을 기반으로 다양한 바이오센서가 개발되고 있다. 아프타머(Aptamer)는 높은 분자 인식 능력을 갖는 물질로써 암 검지 지표로 알려졌는데, 중국 Harbin Institute of Technology의 Y. Pan 연구그룹은 wet floating-transfer 방식을 통해 증착된 그래핀/Nafion 나노복합체를 기반으로 유연하고 재생 가능한 aptamer-FET 생체 감지기를 개발하였다.

또한, 코티솔은 낮은 나노 몰 농도로 체액에 존재하는 주요 스트레스 바이오마커인데 미국 University of California의 S. Emaminejad 연구 그룹은 2D indium oxide 기반의 aptamer-FET 어레이를 제작하였고, 1pM과 10pM에서 비침습적 코티솔 감지가 가능함을 확인하였다.

결론적으로 지금까지 차세대 휴먼 인터페이스를 위한 착용형 나노 플랫폼 기술에 대해 살펴보았다. 차세대 휴먼 인터페이스를 기반으로 한 ICT 신기술을 구축하기 위해서는 착용형 나노 플랫폼의 기능성, 안정성, 정확성을 보다 체계적으로 해결해야 한다. 이러한 도전들을 극복하기 위해서는 물리학, 재료 과학, 공학, 생물학, 뇌과학, 화학 및 데이터 과학 등 다학제적 접근 방식이 요구된다.

연구들은 해당 응용 분야의 비용 효율성, 민감성, 선택성, 분석 정확성, 생체 적합성 및 운영 성능을 보장하기 위한 방향으로 집중되고 있는데, 여기서 더 나아가 감지 메커니즘에 유연성 및 기능성이 결합된 생체 전자 공학을 이해함으로써 새로운 착용형 나노 플랫폼을 디자인하고, 휴먼 인터페이스의 산업 표준을 개발하는 것이 중요하다.

이러한 도전을 극복하기 위해서는 학제간의 협력, 혁신적인 나노 원천 기술 확보, 생체 메커니즘에 대한 과학적 규명, 그리고 연구원과 임상 의사 및 엔지니어들 사이의 긴밀한 협력이 필요하다.