한양대·카이스트, 차세대 저주파 무선 바이오 센싱 기술 개발

[이데일리 김응열 기자] 한양대는 화학공학과의 김도환 교수와 한국과학기술원(KAIST)의 안승영 교수 공동연구팀이 ‘수백 kHz 저주파 기반 무선 센싱 플랫폼’을 세계 최초로 개발했다고 17일 밝혔다. 이 플랫폼은 기존 무선 바이오센서의 고질적 문제인 생체 안전성과 신호 불안정성을 개선한 것이 특징이다.

(왼쪽부터)김도환 한양대 화학공학과 교수, 안승영 한국과학기술원(KAIST) 교수, 김지홍 한양대 박사과정, 김해림 KAIST 박사. (사진=한양대)

기존 무선 바이오센서는 주로 유전체 커패시터 기반의 LC 공진 구조를 활용해 왔다. 그러나 유전체 커패시터의 정전용량 한계로 인해 충분한 신호 변화를 얻기 위해서는 수십에서 수백 MHz(메가헤르츠) 대역의 고주파 구동이 불가피했다. 그러나 이러한 고주파 구동 역시 생체 조직 내에서 신호가 왜곡되기 쉽고 발열 등 생체 안전성 문제를 동반하는 구조적 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 이온의 ‘전기 이중층’ 형성을 기반으로 기존보다 높은 정전용량을 구현하고 이를 무선 공진 구조에 접목했다. 그 결과 이온의 움직임을 전자 공진 신호로 직접 읽어내는 저주파 무선 전기화학 센싱 플랫폼을 개발했다. 생체에 부담이 적은 저주파 대역에서 높은 민감도로 신호를 감지하는 데에도 성공했다.

연구팀은 이 기술을 토대로 혈압을 포함한 다양한 생체 신호를 실시간 감지하는 체내 이식형 ‘무선 바이오 전자 플랫폼’으로 발전시킬 계획이다. 특히 심혈관 질환과 중증 환자 치료·관리 분야에 적용한다는 구상이다.

김도환 교수는 “생체 신호를 안정적으로 읽어낼 수 있는 바이오 센싱 플랫폼으로의 확장 가능성을 처음으로 제시했다”고 말했다.