[지금은 과학] 늘 일정하게…나뭇잎 힌트 ‘항상성 바이오센서’ 개발

[아이뉴스24 정종오 기자] 나뭇잎의 표피 구조에서 힌트를 얻은 항상성 바이오센서가 개발됐다.

연구팀은 식물이 나뭇잎을 통해 수분 함유량을 일정하게 유지하는 항상성 시스템을 모방했다. 인체의 피부 위에서 센서 스스로 안정적, 전기적 인터페이스를 유지해 장시간 안정적으로 생체 신호를 측정할 수 있는 항상성 바이오센서를 내놓았다.

항상성이란 생명체가 여러 가지 환경 변화에 대응해 내부 환경을 안정적이고 상대적으로 일정하게 유지하려는 계의 특성을 말한다.

기존의 전기생리학적 신호를 측정하는 바이오센서 기술들은 피부로부터 땀이나 분비물의 발생 같은 피부의 항상성 시스템을 고려하지 못해 장시간 안정적으로 생체 신호를 측정하지 못한다.

이번에 발표한 항상성 바이오센서 기술은 식물의 잎이 가뭄이나 장마와 같은 환경 변화에 맞춰 표피의 기공을 통해 식물 내부의 물 함유량을 스스로 조절하는 나뭇잎 항상성 시스템을 모방해 개발됐다.

◆항상성 바이오센서, 뇌-컴퓨터 인터페이스와 결합

기존 기술은 항상성 센서 기술의 핵심 요소인 항상성 물질을 복잡한 합성 기술을 통해 개발했다. 연구팀은 세포벽의 주 구성 물질인 셀룰로스가 전해질을 흡수할 때 변화하는 전기적, 화학적, 기계적 변화를 종합적으로 분석해 셀룰로스에 대한 새로운 항상성 물질로의 가능성을 발견했다.

항상성 바이오센서의 핵심 원리는 피부와 센서 표면 사이의 확산 기울기에 따른 확산 현상에 의해 피부의 상태 변화에 맞춰 센서 스스로 전기적 인터페이스를 일정하게 조절하는 새로운 인터페이스 기술이다.

고려대 인공지능학과 이성환 교수와 김지용 박사과정 학생의 관련 연구 논문(논문명: Leaf inspired homeostatic cellulose biosensors)이 국제저널인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 4월 17일 자로 실렸다.

이성환 고려대 교수는 “피부는 바이러스나 외부 물질로부터 인체를 보호하고 환경 변화에 따라 인체의 온도, 수분 함량 등을 일정하게 조절하는 항상성의 중요한 기관”이라며 “연구팀의 항상성 바이오센서 기술은 피부에 대한 깊이 있는 이해와 통찰을 통해 피부과학적 접근으로 피부의 건강을 지키면서 사람의 의도가 담긴 전기생리학적 신호들을 장시간 안정적으로 측정할 수 있는 새로운 인터페이스 기술”이라고 말했다.

이 교수는 “최근 빠른 속도로 발전하고 있는 비침습적 바이오센서 기술들은 피부의 항상성 시스템을 고려하지 못해 장시간 부착하면 불안정한 측정 성능, 접촉성 피부염이나 알레르기 반응 등의 문제점이 존재한다”며 “이번 연구는 앞으로 바이오센서 기술이 나아가야 할 새로운 기술이 될 수 있다”고 설명했다.

물론 많은 실험과 연구가 추가로 필요하다고 전제했다. 바이오센서 기술이 생체안전성을 바탕으로 고품질의 생체 정보를 측정할 수 있는 시작점이 되는 괄목할 만한 성과라고 이 교수는 강조했다.

항상성 바이오센서와 뇌-컴퓨터 인터페이스의 결합은 생체 신호를 활용한 응용 시스템의 활용성을 극대화할 것으로 기대했다.