스마트 콘택트렌즈로 바라보는 세상

과학기사 찾아보다가 흥미로운 기사를 발견했습니다. 바로 콘택트렌즈로 혈당을 측정한다는 기사였습니다. 이 혁신적인 의료기기에 대해 자세하게 알아보도록 하겠습니다.

 

 

모델이 스마트 콘택트렌즈를 장착하고 있다. (출처; UNSPLASH)

 

 

스마트 콘택트렌즈는 각종 전자회로를 콘택트렌즈에 넣어 만드는 인체 삽입형 정보기기입니다. 당뇨검진, 혈당 측정, 녹내장 등 다양한 질병 관련 정보를 얻을 수 있습니다. 추가적인 연구를 통해 증강현실(AR) 디스플레이로도 사용이 가능할 것으로 보입니다.

 

 

마치 공상과학 영화나 책 속에 등장할 것 같은 스마트 콘택트렌즈가 곧 현실화될 것 같습니다. 만약 이 스마트 콘택트렌즈가 상용화된다면 당뇨병 환자들은 바늘로 손가락을 찔러 채혈하는 고통에서 벗어나, 센서가 삽입된 콘택트렌즈 착용만으로 당 수치를 측정할 수 있게 될 것입니다.

 

 

스마트 콘택트렌즈는 눈물 속 포도당 농도를 렌즈 속 센서가 혈당 농도로 변환시켜 스마트폰에 전송하는 기기로, 현재 국내에서는 개발 단계에서 임상시험을 계획 중입니다.

 

 

스마트 콘텍트렌즈 (출처; 식품의약품안전처 의료기기정보포털)

 

 

2019년 기사에 따르면 국내에서 스마트 콘택트렌즈를 개발 중인 곳은 UNIST와 스타트업 기업 화이바이오메드, 콘택트렌즈 제조업체 인터로조가 있는 것으로 알려졌습니다.

 

 

UNIST 신소재공학부 박장웅 교수님은 "2018년 상용화된 소프트 콘택트렌즈 물질을 사용해 사람들의 거부감을 줄이면서 혈당을 모니터링할 수 있는 무선 스마트 콘택트렌즈를 개발했다"라고 밝혔습니다.

 

 

스마트 콘택트렌즈와 사람이 장착한 모습 (출처 : AI타임스)

 

 

스마트 콘택트렌즈를 보면서 가장 궁금했던 점은 충전방법이었습니다.

 

연구팀에 따르면 스마트 콘택트렌즈는 20cm 거리에서도 무선 충전이 가능하다고 합니다. 즉 스마트 콘택트렌즈를 눈에서 빼지 않아도 충전할 수 있게 된 것입니다. 렌즈를 휘거나 구부려도 문제없고 눈물 등 액체에 닿았을 때, 보관액에 담았을 때에도 기능이 유지됐다고 밝혔습니다. 연구진은 추가 연구를 통해 충전거리를 점차 늘려갈 계획이라고 합니다.

 

 

2020년에는 스트레스 수치를 측정하는 스마트 콘택트렌즈가 개발되었습니다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 나노의학 연구단(단장 천진우) 박장웅 연구위원(연세대 신소재공학과 교수) 연구팀은 연세대, 명지대 공동 연구진과 눈물 속 스트레스 호르몬을 감지하여 정확히 측정할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했습니다. 이 렌즈는 스마트폰과 연동되어 일상에서 손쉽게 스트레스를 관리할 수 있습니다.

 

 

 

스트레스 호르몬 센서가 내장된 스마트 콘택트렌즈 설계도 (출처; 기초과학연구원)

 

 

 

연구팀은 눈에 착용하여 눈물 속 스트레스 호르몬 '코티졸(Cortisol)' 수치를 실시간 측정하는 콘택트렌즈 형태의 기기입니다. 우선 연구진은 2차원 구조체 '그래핀(Graphene)'을 사용해 투명하고 유연하면서 무선 통신이 가능한 코티졸 센서를 구현하였습니다. 그래핀 트랜지스터(FET)로 이루어진 센서는 그래핀 표면에 결합하는 코티졸 농도를 실시간으로 분석할 수 있습니다. 즉 센서가 눈물 속 코티졸 농도에 따른 그래핀의 미세한 저항 변화를 읽어내어 스트레스 수치를 실시간으로 정확히 검출해 내는 것입니다.

 

 

또한 1차원 전도성 물질인 은 나노 와이어 (Nano wire)를 그물망 구조로 만들어 신축성이 뛰어난 투명 전극과 안테나를 제작하였습니다. 나아가 초정밀 3D 인쇄 공정으로 제작한 신축성 있는 회로로 전극, 안테나, NFC칩 등 각 부품들을 연결하여 소프트 렌즈에 내장하였습니다. 렌즈 속 NFC칩은 센서에서 읽어낸 코티졸 농도를 스마트폰으로 무선 전송합니다. 따라서 렌즈 착용 후 스마트폰을 눈 가까이 가져가면 스트레스 수치를 실시간으로 확인할 수 있습니다.

 

 

 

스마트 콘택트렌즈는 계속해서 발전을 거듭했습니다.

 

 

2022년 실리콘밸리 스타트업 ‘모조 비전(Mojo Vision)’은 지난 3월 스마트 콘택트렌즈 ‘모조 렌즈’ 시제품을 공개했습니다. 산소가 투과되는 특수 플라스틱으로 만들어진 이 렌즈 중앙엔 인치당 1만 4000개의 화소를 탑재한 초소형 LED(발광다이오드) 디스플레이가 장착되어 있습니다. 이를 통해 사람의 눈앞에 직접 각종 그림과 문자를 띄우는 것입니다. 렌즈 가장자리엔 초소형 배터리, 이미지 및 동작 감지 센서 등이 탑재되어 있습니다.

 

 

모조 렌즈 (출처; 모조 비전)

 

 

조작은 시선(視線)으로 합니다. 렌즈 가장자리를 응시하면 눈앞에 메뉴가 펼쳐지고, 실행을 원하는 앱을 몇 초간 응시하면 작동되는 식입니다. 회사 측은 “스마트렌즈는 눈 위에 고정돼 있는 만큼 스마트 안경보다 안구의 움직임을 더 정확히 포착할 수 있다”라고 설명했습니다.

 

 

 

이미 전 세계적으로 스마트 콘택트렌즈가 다양한 방향으로 개발되고 있습니다. 이제는 단순히 시력을 보완해주는 렌즈가 아니라 혈당과 스트레스를 측정하며 질병을 예방하고, 렌즈가 흔들리는 스마트 안경보다 더욱 현실적인 증상 현실을 보여줄 수 있는 웨어러블 기기가 되었습니다.

 

 

머지않은 미래에는 핸드폰이나 태블릿처럼 누구나 소유할 수 있는 웨어러블 기기가 되지 않을까 싶습니다.

 

 

콘택트렌즈는 본래 개발된 목적인 시력 보정뿐 만 아니라 최근 다양한 목적을 갖고 개발되어 오고 있으며, 특히 질환 진단용 콘택트렌즈가 주목받고 있다. 하지만 진단용 스마트 콘택트렌즈가 상용화되기 위해서는 민감성, 특이성 등의 한계점을 극복할 다양한 소재들이 개발되어야 할 것이다. 스마트 콘택트렌즈의 개발로 인해 앞으로 눈물 속 각종 질병인자 탐지를 통한 조기진단이 가능하며, 정확한 조기진단을 통해 빠른 치료대책 수립이 가능할 것이다.  (콘택트렌즈 소재 및 응용기술 발췌)

 

 

 

<참고자료>

의료기기정책 > 알기쉬운 의료기기 제도 | 의료기기정보포털

눈물로 혈당 측정 '스마트콘택트렌즈' 기대감

스트레스 수치 측정하는 스마트 콘택트렌즈 개발

스마트 콘택트렌즈 기술 진화 ... 웨어러블 기기 활용 기대 - AI타임스

'스마트 콘택트렌즈' 실용화 성큼… 무선충전도 가능 - WIRED Korea

 

스마트 안경 넘어 ‘스마트 콘택트렌즈’

배우리 ( Woo Ri Bae ) & 이동윤 ( Dong Yun Lee ), 기획특집: 의약분야 적용 고분자 소재 : 콘택트렌즈 소재 및 응용기술, 한국공업화학회, 2015