CWN(CHANGE WITH NEWS) - 실시간으로 근육 상태 확인할 수 있는 웨어러블 기기가 있다?

과학 분야의 끝없는 발전과 함께 우리가 삶을 건강하게 영위할 수 있도록 도와주는 기술이나 장치들이 대거 등장하고 있다. 그 중 웨어러블 기기는 헬스 케어 산업의 패러다임을 바꿀 정도로 파괴력을 가지고 있고 스마트폰과 더불어 우리 삶의 필수 아이템으로 여겨지고 있다. 모든 기술 업체가 주목하고 있는 헬스 케어 시장에서 헬스 케어 산업의 또 한 번 혁신을 불러일으킬 웨어러블 기기 센서가 주목받고 있다.

최근 일본 도쿄 대학교 과학자팀은 우리에게 더욱 편안하고 실용적인 센서를 제공하기 위한 연구를 수행하여 신체 운동 중에 근육 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있는 새로운 생체 감지 장치를 개발하였다. 이는 기존의 심박 수 체크만 할 줄 알던 웨어러블 기기에서 한층 더 업데이트된 센서이다.

웨어러블 기기의 센서는 바이오 마커, 즉 건강 상태를 반영하는 지표를 정량화하여 작동한다. 대부분 바이오 마커는 혈액, 땀과 같은 화학적인 지표는 정량화하기 어려워 상대적으로 모니터링하기 쉬운 심박 수, 체온 등의 지표를 사용한다. 하지만 더 정확하고 상세하게 건강 상태를 측정하기 위해 화학적 지표도 필수적으로 측정되어야 한다.

신체의 화학적 지표 중 젖산은 혈액과 땀 모두에 존재하며, 근육의 산소 공급뿐만 아니라 신체 운동의 강도를 반영하는 중요한 바이오 마커이다. 격렬한 운동을 한 후 생기는 젖산은 피로물질이라고 알려져 있다. 그러나 최근 젖산이 단순 피로물질이 아니라 포도당 재생, 혈관 생성 등에 도움 된다는 것이 밝혀졌다. 따라서 젖산의 농도는 건강 상태를 파악하는데 중요한 지표이며, 지속해서 모니터링하면서 과도하게 분비되지 않도록 주의해야 한다.

업데이트된 웨어러블 센서는 실시간으로 젖산 농도 측정이 가능하여 운동 강도나 근육 상태를 실시간으로 파악할 수 있도록 한다.

젖산 농도 측정하는 똑똑한 센서
시중에 출시된 젖산 측정 웨어러블 센서는 대부분 피부에 자극을 줄 수 있는 물질로 구성되어 있다. 도쿄대학교 과학자팀은 이를 해결하는 것에 초점을 두고 연구를 진행했다. 우선, 센서에 사용할 감지 메커니즘 개발에 집중한 뒤, 이 메커니즘에 적합한 시스템을 설계하였다.

대부분의 젖산 바이오 센서는 젖산 산화 효소와 적절한 매개체를 전극에 고정하여 만들어지는데, 효소와 매개체를 전극에 고정하는 방법이 까다로워 이를 수행하는 데 시간이 많이 소요된다. 이를 위해 과학자들은 기능성 분자가 효소에 자발적으로 결합할 수 있는 ‘전자빔 이식 중합’이라는 방법을 사용했다. 또한 이 물질을 전극 인쇄에 사용할 수 있도록 액체 잉크로 바꾸었는데 이는 센서가 향후 상용화될 때 중요한 측면으로 밝혀졌다.

감지 메커니즘 개발 후, 기기 사용자의 땀을 모아 센서로 전달하는 적절한 시스템을 설계하였다. 연구팀은 피부 보습 로션에 널리 사용되는 디메 티콘의 폴리디메틸실록산(PDMS)을 사용하여 ‘미세유체성 땀 수집 시스템’을 개발하였다. 연구팀의 미츠모토 팀원은 "PDMS는 피부와 직접 접촉하는 이 시스템에 적합한 부드럽고 자극이 없는 재료이기 때문에 사용하기로 했습니다."라고 말하며 기기의 자극성이 없음을 강조했다.

기기는 운동 중에 산소를 포함한 유산소 대사가 산소가 없는 혐기성 대사로 바뀌는 지점인 ‘젖산 분비 한계치’를 조사하는데 적합한 것으로 밝혀졌다. 이 신체 현상의 실시간 모니터링은 운동선수의 훈련, 재활 환자나 노인분들의 운동 루틴을 최적화하고 운동을 제어하는 데 도움이 된다.

연구팀은 이미 실제 시나리오에서 센서를 테스트하고 있다. 이 연구에서 이루어진 진전은 웨어러블 화학 센서 분야를 개발하는 데 도움이 될 것이며, 우리의 신체 과정을 더 잘 추적하고 더 나은 건강을 유지하는 데 도움이 될 것이다. 특히 운동하는 사람에게 이 기기는 혁명 그 자체일 것이다.

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