웨어러블 및 이식형 장치는 인간을 전원으로 사용합니다.

2023년 8월 3일 By MDO 기여자 네트워크 코멘트 남기기

MIT의 포도당 기반 배터리는 신체 자체의 설탕을 사용하여 전기를 생성하며, 이는 임플란트와 센서에 전력을 공급할 수 있습니다. [이미지 제공: MIT]

웨어러블 의료 기기 및 임플란트는 바이오마커의 지속적인 측정 및 의료 진단을 제공하는 건강 모니터링 장치 및 생체 의학 임플란트와 같은 광범위한 응용 분야에서 더욱 두각을 나타내고 있습니다. 노인 인구의 증가와 팬데믹에서 얻은 통찰력을 바탕으로 웨어러블 및 바이오센서 개발로의 전환으로 인해 실시간 건강 모니터링, 맞춤형 의료 및 현장 진료 기술(POCT)에 대한 필요성이 증가했습니다.

지난 10년 동안 차세대 의료용 웨어러블 및 임플란트를 저렴하고 쉽게 사용할 수 있는 최신 기술을 사용하여 개발하는 데 있어 발전이 있었습니다. 일반적으로 의료 시설에서 진단 테스트를 수행하는 데 몇 시간이 걸렸던 작업을 이제 바이오센서를 사용하여 원격으로 수행할 수 있습니다. 더 많은 의료 서비스가 맞춤형 의료로 전환함에 따라 이러한 센서는 Fitbit 및 스마트워치만큼 보편화될 것입니다. Facts & Factors의 보고서에 따르면 웨어러블 기술 시장은 연평균 성장률 18.5%로 2028년까지 3,800억 달러를 넘어설 것으로 예상됩니다.

그렇다면 웨어러블 의료기술이란 무엇일까? 우리 대부분은 다양한 건강 필수 요소와 운동 요법을 모니터링하고 수집하며 해당 데이터를 의료 전문가에게 실시간으로 보낼 수도 있는 장치를 보거나 사용해 본 적이 있습니다. 피트니스 트래커나 스마트워치가 될 수 있지만 웨어러블 ECG 모니터, 혈압 센서 등은 그다지 일반적이지 않습니다. 예를 들어 Withing의 Move ECG 장치는 심전도를 측정하고 심지어 심방세동까지 감지한 다음 데이터를 사용자의 의사에게 보낼 수 있습니다.

2019년 Omron Health는 웨어러블 진동 측정 혈압 모니터인 HeartGuide를 출시했습니다. 시계는 최대 100개의 판독값을 수집하고 저장할 수 있으며 검토, 비교 및 ​​치료 최적화를 위해 HeartAdvisor 모바일 앱으로 전송할 수 있습니다. 바이오센서는 더욱 쉽게 이용 가능해지고 있으며 피부에 착용하거나 임플란트로 사용하거나 스마트 알약 형태로 사용할 수도 있습니다. 예를 들어 필립스의 웨어러블 바이오센서는 피부에 부착하는 자체 접착 패치로 움직임, 심박수, 호흡수, 혈압 등 다양한 생체 인식 기능을 제공합니다.

바이오센서의 역사는 Leland Clark가 심혈관 수술 중에 사용했던 산소 전극을 기반으로 한 혈당 센서를 설계한 1962년으로 거슬러 올라갑니다. 그 이후로, 새로운 기술이 이용 가능해짐에 따라 바이오센서 분야 내에서 많은 발전이 이루어졌습니다. 바이오센서는 생물학적 반응이나 자극을 측정 가능한 신호로 변환하여 특정 정량 및 반정량 분석 ​​정보를 제공하는 생체 분석 장치입니다.

이러한 센서는 생물학적 감지 구성 요소, 연결된 감지기 또는 변환기 구성 요소, 신호 처리 시스템이라는 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 해당 생체 성분은 효소, 항체, 세포 등이 될 수 있으며, 변환기는 전기화학적, 광학적, 음향적 또는 열량계와 같은 변환 방법을 기반으로 합니다. 생의학적 맥락에서 바이오센서를 내부적으로 사용하려면 먼저 생체 적합성 등 특정 요구 사항이 필요합니다. 예를 들어, 피부 통합 애플리케이션의 센서는 사용자의 자연스러운 굴곡과 움직임에 맞춰 신축성이 있고 유연하며 매우 얇아야 합니다.

그러기 위해서는 의료용 웨어러블, 바이오센서, 특히 이식형 센서 개발에 문제를 야기하는 요인들이 존재한다. 그 목록의 맨 위에는 전원이 있습니다. 내부적으로 사용되는 것에도 배터리가 필요하기 때문에 장기간 사용하도록 설계된 센서의 경우 배터리가 크고 부피가 커지는 경향이 있습니다. 좋은 소식은 과학자와 연구자들이 에너지 수확 기술을 활용하여 바이오센서에 거의 무한정 전력을 공급할 수 있는 전력 시스템을 개발하기 시작했다는 것입니다.