레이저로 땀 혈당 센서 만든다…비침습 당뇨 측정 기술 개발

레이저 패터닝 기술을 활용해 복잡한 공정 없이 땀으로 혈당을 측정할 수 있는 센서 기술이 개발됐다.

한국생산기술연구원과 한양대 공동 연구팀은 제작용 틀(마스크) 없이 전극을 형성할 수 있는 비효소식(Non-enzymatic) 포도당 센서 기술을 개발했다고 밝혔다. 해당 기술은 땀 기반 혈당 측정 센서에 적용할 수 있다.

당뇨 환자는 하루에도 여러 차례 손가락 채혈로 혈당을 측정해야 한다. 이 과정에서 통증과 감염 위험이 따르며, 일상적인 상시 측정에도 한계가 있다. 침이나 땀을 활용한 비침습 혈당 센서가 주목받아 왔지만, 기존 기술은 전극 제작 과정이 복잡하다는 문제가 있었다.

기존 방식은 전극 제작을 위해 마스크를 만들고 노광·식각 공정을 거쳐야 하며, 설계를 변경할 경우 처음부터 다시 제작해야 한다. 또 포도당을 감지하는 효소는 열과 빛에 약해 장기 사용 시 성능 저하가 발생한다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 레이저를 이용해 전극을 직접 형성하는 패터닝 기술을 적용했다. 생기원 양찬우 수석연구원과 한양대 이화성 교수 연구팀은 레이저로 원하는 전극 형상을 직접 그려내는 방식으로 공정을 단순화했다.

산화주석(SnO₂) 나노입자를 혼합한 플라스틱 소재에 레이저를 조사해 내부 입자를 표면으로 노출시킨 뒤, 구리 용액 처리로 레이저 조사 부위에만 구리가 부착되도록 했다. 이후 니켈과 금을 순차적으로 입혀 구리 전극의 산화를 막는 3중 보호 구조를 완성했다.

레이저 조사로 표면이 미세하게 거칠어지면서 포도당과 접촉하는 면적이 넓어졌고, 이에 따라 감지 성능도 크게 향상됐다. 고온 처리나 진공 장비 없이도 휘어지는 플라스틱 기판에 적용할 수 있으며, 전극 설계 변경 시에는 레이저 경로만 수정하면 된다.

실험 결과 해당 센서는 상용 전극 대비 약 18배 높은 포도당 검출 민감도를 보였다. 굽힘 반경 5㎜ 조건에서 10만 회 반복 굽힘 시험을 진행한 결과, 전기 저항 변화는 웨어러블 센서 내구성 기준인 25% 이내로 확인됐다.

양찬우 생기원 수석연구원은 “마스크 공정 없이 레이저만으로 고감도·고내구성 땀 혈당 센서를 구현했다”며 “비침습 당뇨 모니터링 기술과 웨어러블 헬스케어 플랫폼으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다.