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Start Up Innovation / Science
바늘로 찌르지 않고 혈당을 측정
비침습형 혈당측정센서 개발 추진

-- 당뇨병 예방에 기대 --
최근 손가락 등을 바늘로 찔러 채혈할 필요가 없는 비침습형 혈당측정센서 개발이 추진되고 있다. 적외선을 이용하거나 콘택트렌즈와 일체화한 센서로, 일부는 수 년 후에 실용화될 수 있을 전망이다. 1,000만명에 달한다고 추산되고 있는 당뇨병환자뿐만 아니라 거의 같은 규모라고 알려져 있는 혈당치가 높은 당뇨병 예비군들에게도 좋은 소식이 될 것으로 보인다.
“이 동그랗고 투명한 센서 부분에 손가락을 5초간 대고 있는 것만으로 혈당 수치를 측정할 수 있습니다”. 양자과학기술연구개발기구 발(發) 벤처기업 라이트터치테크놀로지(오사카 시)의 야마카와(山川) 사장은 이렇게 말하며 커피 캔과 같은 원통형의 ‘휴대형 비침습 혈당측정센서’ 모형을 보여주었다.

-- 적외선으로 계측 --
이 휴대형 비침습 혈당측정센서는 센서 부분에서 파장 10마이크로미터의 펄스(Pulse) 형태의 중적외(中赤外) 레이저가 손 끝에 조사된다. 조사된 빛 입자의 일부는 혈중 포도당에 흡수되고 남은 것은 피부 등으로 반사되어 검출기로 측정된다. 손가락에 조사된 빛과 반사된 빛의 차이를 혈당 수치로서 산출. 결과는 무선통신을 통해 스마트폰 등에 보내지고 그래프화되어 혈당 수치의 추이를 확인할 수 있다.

지금까지 중적외선을 내는 광원은 휘도(Luminance)가 극단적으로 낮아 충분한 정밀도를 얻지 못했다. 이번에 기존의 10억배의 펄스 형태 출력이 가능한 고(高)휘도 중적외 레이저 개발에 성공함으로써 휴대형 비침습 센서의 실용화 전망을 높였다. 2018년에 노벨 물리학상을 수상한 제럴드 무루 박사의 초고강도의 초단(超短)펄스레이저 기술을 응용해 이룬 성과이다.

갑 티슈 크기의 시작품으로 건강한 7명의 혈당 수치를 측정한 결과, 국제표준화기구(ISO)가 규정하는 측정 정밀도에 부합. 기존의 채혈형 센서와 비교해도 손색 없다는 것이 확인되었다. 연구가 순조롭게 진행된다면 2021년에 실용화될 수 있을 전망이다.

라이트터치테크놀로지의 야마카와(山川) 사장은 “실시간으로 혈당 수치를 측정할 수 있기 때문에 제1형 당뇨병 환자 등이 정확하게 인슐린 투여량을 조절할 수 있다”라고 말한다. 고혈당 예비군의 사람이 식후 혈당을 조사해 식사량 관리 및 운동 습관 개선에도 도움이 될 수 있어 당뇨병환자 증가 억제로 이어질 수 있을 것으로 기대되고 있다.

현재 채혈용 바늘 등의 소모품 가격은 연간 1사람 당 15만~20만엔 정도라고 한다. 라이트터치테크놀로지는 비침습형 센서를 연 1만엔 정도에 대여하는 것도 검토하고 있다.

10년 후에는 콘택트렌즈로 혈당 수치를 연속적으로 측정할 수 있게 될 수도 있다. 나고야대학의 니이쓰(新津) 조교팀은 콘택트렌즈에 부착한 소형 센서로 눈물에 함유된 당을 측정해 연속적으로 혈당치를 산출하는 기술을 개발했다.

시작(試作)한 혈당 수치 센서는 포도당으로 발전하는 소자와 그 전압을 무선 발신 빈도로 변환시켜 스마트폰 등에 전송하는 반도체 무선통신회로가 필름 형태의 기판과 일체화되어 있다. 크기는 불과 세로 1mm, 가로 2mm로 세계에서 가장 작은 수준이다. 콘택트렌즈에 장착되어 있는 발전 소자는 눈물 속 당분을 촉매로 분해해 1나노와트 이상의 전력을 생산한다. 무선통신기 회로를 기존의 1만분의 1 정도인 0.27와트로 구동이 가능하도록 해 외부로부터의 전력 공급 없이 눈물에 함유되어 있는 당의 농도를 연속적으로 측정할 수 있도록 했다.

당분의 농도가 높아지면 출력 전압이 커져 송신기가 발하는 전파의 빈도가 높아진다. 이번 혈당 수치 센서는 스마트폰 등에 설치된 앱을 통해 전파 빈도를 혈당 수치로 변환하는 시스템이다. 현재는 콘택트렌즈에 센서를 부착, 사람 눈에는 직접 부착할 수는 없다.

-- 렌즈 사이에 끼워 넣어 --
니이쓰 조교는 “사람이 센서가 탑재된 콘택트렌즈를 착용해도 위화감을 느끼지 않도록 하는 것이 과제이다”라고 말한다. 시작한 혈당측정센서의 두께는 0.3mm이지만 0.1mm까지 얇게 해 2중 콘택트렌즈 사이에 끼워 넣을 계획이다. 그렇게 제작된 렌즈를 토끼 등 동물 눈에 끼워 눈물 안의 당 수치와 혈당 수치의 상관 관계를 조사하는 실험을 올해 안에 실시할 예정이다.

실험을 통해 어느 정도의 정밀도가 확보된다면 당뇨병 예비군인 사람의 식생활 개선 등을 지원, 당뇨병 예방으로 이어질 수 있다. 또한 인슐린으로 치료하고 있는 환자에게 중요한 저혈당을 사전에 알려주는 기술 개발의 길도 열릴 수 있다고 한다.

당뇨병이 악화되면 신장병이나 결막염 등의 합병증이 일어나 인공투석을 해야 하거나 실명 위험에 노출될 수 있다. 당뇨병 악화 방지를 위해 부담 없이 이용할 수 있는 혈당측정센서가 요구되고 있어 개발을 서둘러야 할 필요가 있다.

 -- 끝 --