세계 최초 1.1mm 미세 프로브, 혈당·젖산·알코올 동시 측정 혁신

세계 최小 혈액 프로브, 3가지 생체표지자를 동시에 측정

텍사스대학교 오스틴 캠퍼스 공학대학 기계공학과 타냐 허터(Tanya Hutter) 교수 연구팀이 개발한 세계 최小 혈액 프로브가 주목받고 있다. 프로브의 직경은 불과 1.1mm로, 혈당·젖산·알코올 등 3가지 핵심 생체표지자를 동시에 실시간 측정할 수 있는 혁신 기술이다.

기존 방법의 한계를 극복한 실시간 모니터링 기술

기존에는 혈당, 젖산, 알코올을 각각 별도의 장비로 측정해야 했으며, 이 과정은 시간 소모적이고 침습적이며 비용도 높았다. 특히 중환자실에서 환자의 대사 상태를 모니터링할 때, 마이크로다이얼리시스(Microdialysis) 방식은 뇌 조직에 프로브를 삽입해 체액 샘플을 채취한 뒤 분석하는 방식으로, 결과가 지연되는 단점이 있었다. 이는 환자의 상태가 급변할 때 신속한 대응을 방해하는 요소였다.

허터 교수는 "중환자실에서는 매 순간이 중요하다. 신속한 정보 제공이 필수적"이라고 강조하며, 새로운 프로브가 이 문제를 해결할 수 있는 대안이 될 것이라고 밝혔다.

프로브의 구조와 작동 원리

이 프로브는 은할라이드 광섬유 2개와 내구성 있는 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 튜브, 반투과성 막으로 구성되어 있다. 한 광섬유는 빛을 전달하고 수집하는 각진Tip을, 다른 하나는 금 코팅으로 반사경 역할을 한다. 반투과성 막은 프로브의 감지부가 조직과 직접 접촉하는 것을 방지해 생체적합성을 높이고, 단백질 같은 큰 분자로부터의 간섭을 줄인다.

프로브는 양자캐스케이드 레이저(QCL)와 연결되어 중적외선 빛을 제공하며, 이 빛이 조직 내 분자와 상호작용한다. 각 분자는 고유한 파장에서 빛을 흡수하며, 흡수 정도는 농도에 비례한다. 프로브는 분자를 변화시키거나 반응하지 않고, 단순히 빛에 대한 반응을 측정하는 방식으로 작동한다.

다양한 임상 적용 가능성

이 기술은 다음과 같은 분야에서 활용될 수 있다:

• 당뇨 관리: 혈당을 지속적으로 모니터링해 인슐린 투여 등 치료 계획 수립에 활용
• 중환자실: 젖산 수치로 패혈증이나 조직 저산소증 조기 진단, 알코올 중독 환자의 상태 모니터링
• 운동 생리학: 젖산과 알코올 수치를 분석해 운동 강도와 회복 상태 평가
• 개인화된 건강 관리: 에너지 대사, 신체 성능, 생리적 스트레스 수준을 종합적으로 분석

생체적합성과 안전성 확보

프로브의 반투과성 막은 조직 손상을 최소화하며, 금 코팅 반사경과 PEEK 튜브는 내구성과 안정성을 제공한다. 또한 프로브는 조직 내 분자를 직접 측정하기 때문에 샘플 채취 및 분석 과정이 필요 없어 신속한 결과 제공이 가능하다.

"이 프로브는 기존 방법의 한계를 극복하고, 환자와 의료진 모두에게 혁신적인 솔루션을 제공할 것입니다. 특히 중환자실과 같은 민감한 환경에서 실시간 모니터링은 환자의 생명을 구하는 데 결정적인 역할을 할 수 있습니다."
— 타냐 허터, 텍사스대학교 기계공학과 교수

미래 전망

연구팀은 이 프로브가 임상 현장에서 널리 활용될 수 있도록 추가 연구를 진행 중이며, 더 많은 생체표지자를 측정할 수 있는 확장 가능성도 모색하고 있다. 또한 프로브의 소형화와 내구성 향상을 통해 환자의 편의성을 극대화할 계획이다.

허터 교수는 "이 기술은 의료 분야뿐만 아니라 스포츠 과학, 웰니스 관리 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것"이라고 전망했다.