[아이티데일리] 인간의 땀에 포함돼 배출되는 에스트라디올 호르몬을 측정할 수 있는 반지 모양의 웨어러블 바이오센서가 개발돼 초미의 관심을 모으고 있다고 포브스지 온라인판이 전했다. 이 기술은 특히 여성에게 유용해, 여성 가임력과 건강을 추적하는 기존 방법에 비해 신속하고 비침습적인 발전을 이루었다는 지적이다. 에스트라디올은 여성에 주로 존재하는 가장 강력하고 대표적인 성호르몬이다.

이 연구 결과는 학술지 네이처 나노테크놀로지 최근호에 발표됐다. 발표된 반지형 센서는 미세유체공학 및 새로운 전극 기술과 앱타머(Aptamer)라고 불리는 분자 그룹을 결합, 호르몬 수준을 실시간으로 측정해 관련 정보를 알려준다. 손가락에 낀 반지 모양의 바이오센서가 개인, 특히 여성의 임신과 관련된 정보를 제공함으로써 획기적인 혁신을 이룰 수 있다고 한다.

지금까지 호르몬 수치를 측정하려면 혈액 검사를 통해야 했다. 진료소를 방문해 채혈하거나 집에서 채혈한 샘플을 실험실로 보내야 했다. 이는 침습적이고 시간이 많이 걸리며, 가정에서의 테스트는 부정확하다는 문제가 있었다.

개발을 주도한 칼텍(캘리포니아 공과대학)의 생체의학 엔지니어 웨이 가오는 "지금까지 땀에 있는 생식 호르몬을 추적하는 센서나 웨어러블 장치는 개발되지 않았다. 우리 연구의 초점인 에스트라디올은 여성들에게 월경 및 임신 가능 여부에 대한 많은 정보를 제공해 준다는 점에서 수요가 많은 분야로, 웨어러블 센서의 역할이 지대할 것”이라고 기대했다.

에스트라디올 센서를 만들기 위해 연구진은 에스트라디올 인식 앱타머가 주입된 인터페이스와 약한 전기 신호를 증폭시키는 MXene 재료로 덮인 금나노 입자 전극 등 두 층의 재료를 함께 설계했다. 앱타머에는 메틸렌 블루 태그가 붙은 단일 가닥 DNA가 미리 실장돼 있다.

바이오센서를 손가락에 끼면 작은 전류(에너지)가 생성돼 땀이 나기 시작하고 땀은 작은 저장소로 흡입된다. 땀이 저장소를 채우면 앱타머는 메틸렌 블루 태그가 붙은 DNA 가닥을 에스트라디올로 교환한다. DNA 가닥은 층 사이를 자유롭게 이동하고 전극의 상보적 가닥에 결합하며, 여기서 메틸렌 블루 수준이 최종 측정치로 변환된다.

인공 땀을 사용해 실험한 결과 센서는 인간 땀에서 일반적으로 발견되는 농도의 하한선에 가까운 140나노몰 정도의 낮은 농도에서 단 10분 만에 에스트라디올을 감지할 수 있었다. 반지 센서에는 피부 온도, pH, 땀의 염분 농도를 추적하는 센서도 포함돼 있어 호르몬 측정치를 실시간으로 보정하고 휴대폰에 표시할 수 있다.

임상실험에서 연구팀은 월경 주기를 추적하기 위해 5명의 여성을 선정, 먼저 합성 땀에 대한 센서 성능을 테스트했다. 두 명의 여성은 땀 결과와 비교하기 위해 동시에 혈액 검사를 받았다. 검사 결과 두 가지 샘플 유형이 동시에 상승 및 하락했으며 둘 다 예상 패턴과 일치했다.에스트라디올은 일반적으로 주기가 시작될 때 증가하고 배란 직전에 최고조에 달한다. 난자가 방출된 후 더 작은 2차 스파이크가 발생한다.

연구팀은 월경 주기를 추적하기 위해 센서를 개발했지만, 에스트라디올은 성욕, 발기 기능 및 정자 형성 조절에도 관여한다. 연구팀은 이 센서가 호르몬 치료를 받는 사람들에게도 유용할 수 있다고 말했다.

앱타머는 거의 모든 호르몬을 추적할 수 있도록 설계할 수 있다. 연구팀은 난포 자극 호르몬, 황체 형성 호르몬, 성선 자극 호르몬 및 프로게스테론을 포함해 여러 호르몬을 한 번에 지속적으로 추적할 수 있는 센서를 개발한다는 목표다. 팀은 땀 기반 바이오센서 제품군을 상용화할 계획도 갖고 있다.

호주 멜버른에 있는 RMIT 대학의 의료용 센서 엔지니어 매두 바스카란은 "이 개발은 땀으로 호르몬을 비침습적으로 모니터링할 수 있다는 웨어러블 센서라는 점이 놀랍고 흥미롭다“면서 "가정에서 사용할 수 있는 진단기로서 유망하다”고 말했다.