고려대학교(총장 김동원) 화학과 김종승 교수 연구팀이 중국 길림대학교 수린(Xu Lin) 교수 연구팀과 함께, 가스, 압력, 호흡 등의 신호를 동시에 감지하는 ‘인공 표피 기반 스마트 헬스케어 플랫폼’을 개발해 천식 조기 진단을 위한 기반을 마련했다.

*인공 표피(Artificial epidermis): 인체 피부의 다층 구조를 모사한 생체모사 센싱 소재

이번 연구 성과는 재료·나노기술 분야 국제학술지 ‘Nano-Micro Letters(IF=36.3, JCR 상위 1%)’에 게재되어, 곧 정식 출판될 예정이다.

▲(왼쪽부터) 고려대 딩치항(Ding Qihang) 박사과정(제1저자),

길림대 수린(Xu Lin) 교수(교신저자), 고려대 김종승 교수(교신저자)

천식은 전 세계적으로 많은 사람들이 겪고 있는 대표적인 만성 호흡기 질환으로, 이산화질소와 같은 환경 자극 물질의 노출, 비정상적인 호흡, 근력 약화 등이 주요 신호로 알려져 있다. 그러나 기존 웨어러블 기기들은 이러한 신호를 동시에, 그리고 정밀하게 감지하는 데 한계가 있었다.

 연구팀은 이를 해결하기 위해 인체 피부의 구조를 모사한 ‘3차원 인공 표피 센서’를 구축했다. 이 센서는 실제 피부처럼 유연해 신체에 자연스럽게 밀착할 수 있으며, 장시간 부착해도 측정 성능이 떨어지지 않는 것이 특징이다.

 특히, 이산화질소 농도와 몸에서 발생하는 압력 변화를 각각 감지할 수 있어, 하나의 센서로 여러 신호를 동시에 측정하는 ‘다중 모드 모니터링’이 가능하다.

 또한 개발된 센서는 이산화질소를 7초 만에 감지할 만큼 빠르고 민감하며, 습도 변화에도 안정적이다. 더 나아가 공기 중 이산화질소만 골라내는 능력이 다른 가스보다 12.3배 높아 정확성이 뛰어났다. 압력 감지 기능 역시 300회 이상 굽히고 누르는 테스트 후에도 성능이 유지됐다.

 연구팀은 이 센서를 유연한 전자 회로와 결합하여, 실시간 무선 모니터링이 가능한 ‘스마트 천식 위험 경고 플랫폼’으로 확장했다. 이 플랫폼은 이산화질소 노출, 호흡 패턴, 압력 변화 등 여러 지표를 동시에 측정해 앱으로 전송하고, 인공지능(AI) 분석을 통해 신호를 97.6% 정확도로 식별했다.

고려대 김종승 교수는 “이번 연구는 생체모사 인공 표피와 다중 모드 센싱, AI 기반 신호 인식을 하나의 플랫폼으로 통합했다는 점에서 의미가 크다”라며, “이를 통해 천식 조기 진단은 물론, 맞춤형 헬스케어와 원격 의료 기술의 고도화에도 기여할 것”이라고 말했다.

 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

◆그림 설명 : 인공 표피를 기반으로 천식을 조기 진단할 수 있는 스마트 헬스케어 플랫폼