눈을 감아도 망막 검사 가능한 '무선 콘택트렌즈' 개발

[조승빈 기자]

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[출처 : 123RF.com]국내 연구진이 세계 처음으로 눈을 감고 있어서 망막 상태를 검사할 수 있는 무선 구동 콘택트렌즈를 개발했다.

눈 위에 바로 착용하는 접안 웨어러블 광원 기술로, 스마트폰에서도 연동돼 차세대 안과 진단 등 디지털 헬스케어 기술 확대에 도움이 될 것으로 기대된다.

분당서울대병원 안과 우세준 교수를 비롯해서 KAIST 전기 및 전자공학부 유승협 교수, POSTECH 한세광 교수, PHI 바이오메드, 한국전자통신연구원 공동 연구팀이 유기발광다이오드(OLED)를 활용한 세계 첫 무선 콘택트렌즈 기반 웨어러블 망막 진단 플랫폼을 개발했다고 12일 밝혔다.

이 기술은 별도의 장비 없이 렌즈 착용만으로도 망막전위검사를 진행할 수 있어, 기존의 복잡한 안과 진단 환경을 획기적으로 간소화할 수 있을 것으로 전망된다.

우세준 교수는 "이번 연구는 콘택트렌즈에 OLED를 접목해서 망막에 무선으로 빛 자극을 전달할 수 있는 혁신적인 플랫폼을 제시한 것"이라며 "망막 질환의 진단과 치료는 물론 향후 가상현실 분야까지 확장 가능한 미래형 기술로 기대된다"고 말했다. 해당 논문은 국제학술지 'ACS Nano’에 게재됐다.

망막전위도(ERG‧Electroretinography)는 망막의 기능을 확인하는 안과 진단법이다. 망막이 빛 자극에 반응해서 만들어내는 전기 신호를 측정한다.

이 검사법은 유전성 망막 질환 진단, 백내장 수술 전 예후 평가 등 다양한 안과 검사에 활용한다.

기존 ERG는 고정형 대형 ERG 검사 장비를 이용해, 어두운 방안에서 환자가 눈을 뜨고 정지한 상태로 검사를 받는 방법이다. 이는 공간적 제약과 환자 피로도 상승 등 다양한 문제를 수반했다.

※ 주요 '망막 질환’ 3가지 & 고위험군(힐팁 DB)
① 당뇨망막병증 : 혈당 조절 안 되는 당뇨병, 심혈관 질환

② 황반변성 : 중‧장년층, 흡연자, 심혈관 질환, 가족력
③ 망막 박리 : 중‧장년층, 고도 근시, 가족력, 눈 외상‧수술

공동 연구팀은 이를 해결하기 위해서 착용형 무선 OLED 콘택트렌즈 기반의 새로운 빛 자극 시스템을 개발하고, 유효성‧안전성을 검증 했다.

OLED는 면 전체에서 빛을 발산하는 표면광원으로, 망막 전체에 고르게 빛을 쏴야하는 ERG 검사와 비슷하게 사용할 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 머리카락의 0.15배인 두께 약 12.5μm의 초박막 유연 OLED를 ERG용 콘택트렌즈 전극에 정밀하게 결합했다.

이어 여기에 무선 전력 수신을 위한 안테나와 구동 제어 칩까지 함께 탑재함으로써, 별도의 유선 연결 없이도 독립적으로 작동 가능한 콘택트렌즈형 광원 시스템을 개발했다.

특히 전력 공급은 자기장이 만들어내는 유도 현상을 이용해서 선을 연결하지 않고도 전기를 보내는 유도 결합 방식을 적용했다.

이때 사용한 433MHz 주파수는 무선 전송에 안정적인 주파수 대역으로, 안정적으로 콘택트렌즈에 전력을 전달할 수 있도록 돕는다.

연구팀은 이 기술을 스마트폰과 연동되는 수면 안대 같은 무선 컨트롤러에 탑재해, 사용자가 보다 편리하게 전원을 공급받을 수 있는 형태로 구현했다.

동물실험 결과 OLED 콘택트렌즈를 착용한 토끼의 눈에서도 기존의 광 자극과 동일한 수준의 ERG 신호가 안정적으로 유도되는 것을 확인했다. 특히 무선 전력으로 구동되는 렌즈에서도 같은 결과를 얻었다.

또 이 렌즈는 착용 중에도 표면 온도가 27°C 이하로 유지돼서 눈을 덮고 있는 각막에 열 손상을 주지 않았고, 고온 다습한 환경에서도 빛을 내는 성능이 유지됨으로써 실제 임상 환경에서도 유효하고 안정적인 ERG 검사 도구가 될 수 있다는 것을 입증했다.

이번 연구 결과에 따라 OLED 콘택트렌즈를 활용하면 환자는 기존 ERG 장비 없이 눈을 감은 상태에서도 검사가 가능해, △소아 △고령 △수면 중 검사 등 다양한 상황에서 사용 가능할 것으로 기대된다.

아울러 향후 △근시 치료 △안구 생체신호 분석 △증강현실(AR) 시각 전달 △광 기반 뉴로자극 등 다양한 분야로의 확장도 가능할 수 있다.

유승협 교수는 "초박막 OLED의 유연성과 확산광 특성을 콘택트렌즈에 접목한 것은 세계 최초의 시도"라며 "이번 연구는 기존 스마트 콘택트렌즈 기술에 대해 빛을 이용한 접안형 광 진단·치료 플랫폼으로 확장하는데 도움이 될 것"이라고 기대했다.

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