[통기성 웨어러블 기기 '호흡하는 피부 분석기 개발]

 

 

포항공대 연구진이 환경 요인이 피부 건강에 미치는 영향을 장기간 정밀하게 측정할 수 있는 혁신적인 웨어러블 기기를 개발했다. 이번 성과는 아토피 피부염과 같은 만성 피부질환의 진단과 관리뿐 아니라, 미세먼지 등 환경 오염 물질이 개인의 피부 장벽 기능에 미치는 영향을 규명하는 데 새로운 돌파구를 열 것으로 기대된다

강대식 교수(기계공학과) 공동 연구팀은 피부 장벽 기능을 장기간 정밀하게 모니터링할 수 있는 통기성 웨어러블 기기 ‘호흡하는 피부 분석기(Breathable Skin Analyzer, BSA)’를 개발에 성공했다고 밝혔다.

이번 연구 내용은 ‘피부 장벽 기능과 개인 환경 건강 영향을 안정적으로 장기 모니터링이 가능한 통기성 웨어러블 피부 분석기(Breathable, wearable skin analyzer for reliable long-term monitoring of skin barrier function and individual environmental health impacts)’ 이라는 제목으로, 저명 학술지 <네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)>에 10월호에 게재됐다.

이번 연구에는 미국 매사추세츠종합병원 시스템생물학센터 소속 홍인식 박사, 아주대학교 기계공학과 임다슬 박사과정생, 김동진 박사, 포항공대 기계공학과 홍명래 박사과정생이 제1저자로 참여했다. 포항공대 강대식, 아주대 한승용 교수와 고제성 교수(기계공학과), 서경대학교 서성철 교수는 공동 교신저자로 참여했다.

피부는 외부 환경으로부터 인체를 보호하는 첫 번째 방어선으로, 수분 함량(Skin Hydration, SH)과 경피수분손실(Transepidermal Water Loss, TEWL)은 피부 장벽 건강을 평가하는 핵심 지표다. 그러나 기존 장비들은 단기·단발성 측정에 그쳐, 하루 주기(circadian rhythm)에 따라 달라지는 피부 상태를 제대로 반영하지 못했다. 또한, 땀 축적이나 외부 환경 잡음으로 인해 장기 모니터링이 어려웠고, 환자의 주관적 평가에 의존하는 경우가 많아 정확성에 한계가 있었다

‘호흡하는 피부 분석기(Breathable Skin Analyzer, BSA)’를 개발했다. 이 기기는 초소형 형상기억합금(SMA) 기반 이중안정(bistable) 구동기와 통기성 챔버 구조를 적용해, 측정 시에는 피부에 밀착해 정확한 데이터를 확보하고, 측정 후에는 센서를 띄워 땀 증발을 유도한다. 이를 통해 장기간 착용에도 피부 자극이 적고, 신뢰도 높은 연속 측정이 가능하다.

 

 

연구팀은 임상시험을 통해 28일 동안 피부 수분과 TEWL을 연속 측정하여, 미세먼지(PM) 농도 변화와 피부 장벽 손상 간의 상관관계를 규명했다. 특히 아토피 피부염 환자에게서 수분 감소와 TEWL 증가가 동시에 나타나는 통계적으로 유의미한 패턴을 확인했으며, 마스크 착용·세안 등 생활 습관 개선이 피부 손상을 완화하는 효과도 검증했다

또한, 데이터 분석에 군집 기반 이상치 제거 알고리즘(DBSCAN)을 적용해, 샤워나 땀으로 인한 비정상적 데이터를 걸러내 정밀한 피부 건강 모니터링이 가능함을 입증했다.

이번 연구로 개발된 BSA는 ▲개인 맞춤형 피부 건강 관리 ▲환경 오염의 인체 영향 평가 ▲장기 임상 연구 ▲스마트 헬스케어 산업 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 특히 시계형 크기의 소형·경량 설계(13g)와 블루투스 기반 무선 통신 기능을 갖추어, 실제 생활 속에서 수주 이상 편리하게 사용할 수 있다는 점에서 상용화 가능성이 높다

강대식 교수는 “BSA는 사용자에게 피부의 상태를 제공해 줌으로써 맞춤형 진단뿐 아니라 헬스케어 플랫폼으로 발전할 수 있다”며 “향후 기기를 더욱 최적화하여 영유아 및 민감성 피부 환자에게 확대될 수 있도록 범용성을 높을 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구는 환경산업기술원(KEITI)의 환경보건 디지털 조사 기반 구축 기술개발사업 지원을 받아 수행됐다.