혈당 측정기가 필요하신가요? 스마트폰이 곧 해결책이 될 수 있습니다

스마트폰 나침반에서 혈당 측정기로

혈당 수치와 같은 건강 지표를 모니터링하는 것은 많은 건강 상태에서 종종 필요합니다. 이는 일반적으로 실험실 검사나 고가의 전용 의료 기기가 필요합니다.

이러한 변화는 현재 어디에나 있는 스마트폰 부품을 재활용함으로써 가능할 수 있습니다. 이는 미국 콜로라도 주 볼더에 있는 국립표준기술연구소(NIST) 연구원들이 발표한 과학 논문 “스마트폰 나침반을 이용한 액체 분석물의 정량적 고감도 측정”에 근거합니다.

그들은 스마트폰에 내장된 자기 나침반을 재활용하여 혈당이나 pH를 측정할 수 있는 의료 기기로 전환하는 방법을 발견했습니다.

이 혁신적인 스마트폰 적용은 수분에 잠기면 부풀어 오르는 다공성 물질인 하이드로겔에 의존합니다. 연구원인 Mark Ferris와 Gary Zabow는 미세한 자기 입자가 포함된 맞춤형 하이드로겔을 만들었습니다.

이 하이드로겔은 혈당 농도나 pH(산도)의 변화에 따라 수축하거나 팽창하도록 설계되었습니다. 이를 위해 두 개의 하이드로겔 층을 만들었으며, 각각은 pH 또는 혈당에 반응하여 크기가 다른 속도로 변합니다.

크기 변화는 자기 입자를 스마트폰 나침반에 더 가깝게 혹은 멀리 이동시키며, 이는 스마트폰으로 쉽게 측정할 수 있습니다.

출처: NIST

혈당과 pH는 당뇨병을 포함한 다양한 질병에서 중요한 지표입니다. 이 방법은 몇 백만분의 1 몰 수준의 미세한 변화까지 감지할 수 있는 인상적인 감도를 달성했으며, 이는 적절한 진단에 필요한 정밀도보다 훨씬 낮습니다.

하이드로겔은 간단한 플라스틱 클립을 통해 스마트폰에 연결할 수 있으며, 자기장 변화는 간단한 앱으로 측정할 수 있습니다. 또한 플라스틱 클립은 3D 프린팅도 가능합니다.

출처: Nature

스마트폰 혈당 측정기의 주요 장점

이 측정 방법 자체가 혈당이나 pH를 더 기술적으로 정확하게 측정하는 것은 아니지만, 몇 가지 주요 장점을 제공합니다:

• 비용: 스마트폰이 이미 보급되어 있기 때문에 맞춤형 전용 의료 기기가 필요하지 않습니다.
  • 또한 여기 사용된 하이드로겔은 저렴하고 대량 생산이 용이합니다. 이는 혈당 측정용 “카트리지” 비용을 낮게 유지할 수 있음을 의미합니다. 연구자는 혈당 측정용 하이드로겔 액추에이터의 비용을 0.16달러, pH 측정용은 0.03달러로 추정했습니다.
• 또한 별도의 전원 공급이 필요하지 않아 가정, 사무실 등 어떤 상황에서도 이상적인 측정 도구가 됩니다.
• 스마트폰은 이미 연결 기능을 갖추고 있어 의료 데이터를 의사나 건강 앱에 직접 전송할 수 있으며, 추가 비용 없이 디지털 헬스 시스템에 직접 데이터를 제공할 수 있습니다.
• 이 방법의 극한 감도 덕분에 매우 작은 샘플만으로도 측정이 가능해져, 측정이 덜 침습적입니다.

전체적으로 이 기술은 수백만 환자의 일상을 근본적으로 바꾸고, 주요 건강 지표에 대한 모니터링 및 디지털 데이터 품질을 향상시킬 수 있습니다.

출처: Unsplash

다음은?

규제

이 혁신은 사용하기 쉬운 혈당 측정 방법으로 전환되어야 하며, 의료 전문가가 테스트하고 FDA와 같은 보건 안전 기관의 검증을 받아야 합니다.

이는 기술적인 문제보다 규제적인 문제일 가능성이 높으며, 시간과 비용이 소요될 것입니다.

자기 측정을 혈당 측정으로 변환할 수 있는 전용 소프트웨어와 인체공학적 앱도 개발되어야 하며, 의사와 규제 기관의 검증을 받아야 합니다.

출처: Unsplash

마지막으로, 의료 데이터 공유는 안전하고 기밀성 있는 저장 방식을 보장해야 합니다. 다른 건강 모니터링 앱과의 통합이나 의료 전문가와의 소통 역시 동일한 요구 사항을 충족해야 합니다.

더 많은 건강 측정

연구진은 이 연구에서 혈당과 pH를 개념 증명으로 사용했지만, 다른 많은 생물학적 지표도 동일한 방식으로 측정할 수 있습니다.

예를 들어, 매우 높은 감도 덕분에 혈액보다 농도가 낮은 타액에서도 혈당을 측정할 수 있습니다. 스마트폰 사용의 편리함과 결합하면 현재의 어떤 혈당 측정기보다 훨씬 덜 침습적인 측정이 가능합니다.

이 방법은 다른 분자에도 적용될 수 있습니다.

예를 들어, 히스타민은 일반적으로 정교한 실험실 분석과 24시간 소변 수집이 필요하지만, 이 새로운 방법을 통해 가정에서 측정할 수 있습니다.

또한 분석물 결합기를 포함한 전용 하이드로겔 포뮬러와 결합하면, 하이드로겔이 나트륨, 칼륨, 젖산, 효소와 같은 관련 타깃에 반응하도록 만들 수 있습니다.

출처: Unsplash

향상된 하이드로겔 검출기 설계

이 연구에서 제안된 이중층 균일 하이드로겔 슬라브는 하이드로겔 측정 도구 설계 옵션 중 하나에 불과합니다.

연구진은 “하이드로겔을 한쪽이 아닌 양쪽 끝에 고정한 버클링 움직임이 안정성을 향상시킬 수 있다”는 대안을 제시합니다.

트위스팅 하이드로겔 움직임은 필드 방향을 음에서 양으로 전환시킬 수 있어, 전체 가능한 신호 변화를 두 배로 늘리고, 각 180° 트위스트마다 필드 방향 전환 횟수를 추적하면 동적 범위를 확대할 수 있습니다.

측정을 방해할 수 있는 간섭 및 오염 물질을 시스템이 감지하도록 보장하는 것도 중요합니다.

하이드로겔의 장기 보관성을 확보하는 것도 향후 상업적 성공을 위해 필수적입니다.

스마트폰을 화학 분석 도구로 전환

이 발견의 또 다른 적용은 생물학적 파라미터 측정을 넘어서는 것입니다. 예를 들어 pH 측정은 혈액 샘플에 유용하지만 물이나 토양의 pH를 측정하는 데도 동일하게 유용합니다.

이는 현장 pH 테스트에 사용되는 pH 시험지의 강력한 대안이 될 수 있으며, 수천 달러 짜리 벤치탑 측정기의 정밀도를 훨씬 낮은 비용으로 제공할 수 있습니다.

하이드로겔은 빛, 이온 강도, 온도와 같은 다른 화학적·물리적 자극에도 반응하도록 설계될 수 있습니다.

가능한 적용 사례로는 가정용 수돗물의 화학 오염 물질 수준 정량화, 오렌지 주스, 우유, 커피, 와인, 수프와 같은 불투명 액체의 식품 검사, 그리고 원격 지역의 탁한 호수나 하천 물 분석과 같은 환경 분석이 제시됩니다.

스마트폰 기반 DNA 판독?

앞으로는 하이드로겔이 분자 인쇄 폴리머와 상보적 핵산 서열과 같은 고급 타깃팅 기술을 활용하는 것을 상상할 수 있습니다. 이를 통해 하이드로겔은 특정 단백질 및 DNA 서열에 반응할 수 있게 됩니다.

따라서 스마트폰은 공기나 물 속의 병원체를 감지할 수 있게 되어, 팬데믹 기간에 사용된 비용이 많이 들고 폐기물이 발생하는 코로나 테스트와 같은 검사를 대체할 수 있습니다.

지속적인 모니터링

이 연구는 스마트폰과 전반적인 사물인터넷(IoT)이 미래에 의료 및 화학 측정을 혁신할 가능성을 보여줍니다.

우리는 언제나 주머니에 복잡한 전자 기기를 가지고 있으며, 이미 내장된 극히 민감한 분석 도구를 새로운 응용 분야에 재활용할 수 있습니다.

혈당 측정이 가장 먼저 구현될 가능성이 높지만, 앞으로는 타액 한 방울을 떨어뜨리거나 스마트폰에 숨을 불어넣는 것만으로도 생화학 데이터, 병원체 감지, 오염 경고 등을 제공받을 수 있는 미래를 쉽게 상상할 수 있습니다.

IoT 및 건강 센서 기업

1. Koninklijke Philips N.V.

Philips는 면도기, 전동칫솔 등 소형 전자 소비재로 잘 알려진 브랜드이며, 의료 분야에서도 활발히 활동하고 있습니다. 2022년 유럽에서 MedTech 특허 출원 1위를 차지했습니다.

웨어러블부터 영상, 인공호흡기, 의료 로봇에 이르는 연결된 의료 제품에 참여하고 있습니다. 또한 반도체(마그레브 기술 포함)와 첨단 기술·로봇·자동화 분야에서도 활발합니다.

Philips의 웨어러블은 심장, 호흡 및 활동 지표를 제공하며, 센서는 스마트워치, 건강 모니터, 의료 패치 및 활동 추적기에 통합될 수 있습니다.

웨어러블에 관해 Philips는 파트너십 솔루션을 선호합니다. 이는 제3자를 위해 “그들”의 연결된 IoT 의료 기기를 개발하고 Philips 솔루션과 완전히 호환되도록 하는 것입니다. 이러한 맥락에서 프로토타이핑, 규제 자문, 엔드투엔드 제품 개발 및 산업 규모 생산을 고객에게 제공합니다.

이 회사는 센서와 기기가 일치하는 완전 통합 디지털 헬스케어 환경을 구축하고, 다중 연결 솔루션을 활용해 Philips HealthSuite Cloud와 통합하여 심층 데이터 분석을 가능하게 하려 합니다.

출처: Philips

Philips는 건강 측정 분야에서 폭넓은 파트너십을 구축하고 데이터를 헬스케어 SaaS에 통합한 경험이 있기 때문에, 스마트폰 기반 혈당 및 pH 데이터 통합에서도 유리한 위치에 있을 수 있습니다.

2. Garmin Ltd.

Garmin은 야외 전자기기의 선두주자로, 초기에는 자동차, 해양, 항공용 GPS 및 내비게이션 도구를 제공했으며 현재는 피트니스와 건강 모니터링으로 확대되었습니다.

피트니스 부문은 회사 매출의 23%와 영업이익의 10%를 차지하며, 주로 스마트워치가 주도합니다. 2022년에 1,500만 대의 기기를 출하했습니다.

출처: Garmin

Garmin은 연구자를 위한 전체 건강 데이터 생태계를 제공하여 수면, 우울증, 암 치료, 여성 건강, 졸음 운전 등 분야의 연구를 지원합니다.

Garmin은 기술 대기업은 아니지만 야외 및 피트니스 분야에 집중하고 있어, 내비게이션 외에 절반 이상의 수익을 창출합니다. 이 부문은 회사의 주요 성장 영역이며, 향후 주요 매출원으로 부상할 가능성이 높습니다.

건강에 관심이 높은 Garmin 사용자들은 하이드로겔 기반 측정을 통해 더 많은 건강 파라미터를 모니터링하는 데 관심을 가질 가능성이 높습니다.

Garmin과 같은 기업은 이를 두 가지 방법으로 기회로 전환할 수 있습니다:

• 기존 나침반을 사용하거나 자기계(Magnetometer)를 기기에 통합하여 하이드로겔 기반 측정을 기기에 적용합니다.
• 기기를 스마트폰에 연결하여 스마트폰과 Garmin 기기 모두의 건강 데이터를 통합적으로 시각화합니다.

Garmin의 견고하고 고품질이며 유용한 야외 제품에 대한 평판은 피트니스와 건강 부문에서도 잘 적용됩니다. 흥미롭게도 프리미엄 부문에서 >$500 가격대 시장 점유율이 가장 높아 Apple (AAPL ) 을 앞서고 있는데, 이는 Apple이 일반적으로 스마트폰, 컴퓨터, 태블릿의 고가 부문을 장악하는 것과는 대조적입니다.