- 전기및전자공학부 최경철 교수팀, 실제 직물 기반 웨어러블 청색 OLED를 개발하고 황달 질환을 앓는 신생아에 적용해 치료 효과 확인
- 직물 위 OLED 웨어러블 기술개발로 바이오헬스 분야 세계적 선도 기대
그림 1. 직물기반 웨어러블 청색 OLED 에 의한 신생아 황달 치료 개념도
그림 2. 청색 OLED 광원에 의한 빌리루빈 감소 (황달 치료) 효과 및 기존 LED 기술 대비 청색 OLED 광원에 의한 균일한 황달 치료 효과 확인
KAIST는 전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀이 을지대학교 병원(김승연 교수, 임춘화 교수), 가천대학교(전용민 교수), 선문대학교(권정현 교수)와의 공동 연구를 통해 실제 직물 기반의 웨어러블 청색 OLED를 개발하고, 황달 질환을 앓는 신생아의 혈청에서 청색 OLED 광원에 의한 *빌리루빈 감소로 인한 황달 치료 효과를 확인했다고 22일 밝혔다.
☞ 빌리루빈: 혈액에서 산소를 공급해주는 적혈구가 수명을 다해 분해된 결과물로, 보통 간에 의해 해독되고 담즙으로 배설된다. 혈장 내 빌리루빈의 농도가 올라가면 피부와 눈의 흰자위가 누런색을 띠는 황달 증상이 나타난다. 신생아는 수명이 짧은 적혈구를 갖고 있으나 간 대사가 미숙해 빌리루빈을 많이 생산한다.
KAIST 최경철 교수 연구실의 최승엽 박사, 가천대학교 의공학과 전용민 교수, 선문대학교 권정현 교수가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 첨단 과학기술 분야의 국제 저명 학술지인 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 지난 10월 30일 게재되었고, 속 표지 논문으로 선정됐다.
신생아의 황달 치료는 광선 요법, 약물 투여, 교환 수혈 등 다양한 방법으로 시행된다. 이 중 광선 요법은 체내에 축적된 빌리루빈을 빛에 노출해 변형시켜 체외로 방출하는 안전하고 효과적인 치료 방법이다. 대부분의 신생아 황달은 광선 요법으로 치료할 수 있어 가장 널리 활용되고 있다.
병원에서는 신생아의 혈액 내 빌리루빈 농도가 치료 범위를 초과하면 신생아를 신생아 집중치료실(NICU)에 입원시켜 인큐베이터의 스탠드에 장착된 청색 LED의 빛으로 치료한다. 이 방법은 신생아 황달 증상을 완화하는 데 매우 효과적이지만 신생아를 부모로부터 격리하고 치료하는 동안 모유 수유 중단, 청색광에 의한 망막 손상 방지를 위해 신생아의 눈은 반드시 눈가리개로 완전히 가려야 하는 등의 문제와 더불어 기존에는 LED 기반 설치형 플랫폼이 사용돼 웨어러블 치료 적용에 한계가 있었다.
최경철 교수 연구팀은 황달 치료에 효과적인 470nm(나노미터) 파장의 고출력 고신뢰성의 청색 OLED를 사람이 착용 가능한 직물 위에 구현했으며, 직물과 같은 높은 유연성을 유지하는 옷 OLED 소아 황달 치료 플랫폼을 개발했다. 직물 기반의 청색 OLED는 4V 미만의 저전압에서도 황달치료에 충분한 출력(> 20 μW/cm2/nm)을 확보했을 뿐만 아니라 100시간 이상의 구동 수명, 35℃ 미만의 낮은 구동 온도, 물세탁 신뢰성, 2mm(밀리미터) 수준의 낮은 곡률 반경에서 1,000회 이상을 견디는 유연성 등의 신뢰성을 확보할 수 있었다.
이번 연구에서 470nm 파장을 갖는 청색 OLED를 신생아의 혈청에 조사했을 시, 3시간 이내에 황달 치료가 완료됐다고 판단되는 빌리루빈 수치(12 mg/dL)에 도달했으며, 기존 병원에서 활용되는 LED 황달 상용 치료기기 대비 균일하면서도 효과적인 황달 치료 성능을 연구팀은 확인했다.
공동 제1 저자인 최승엽 박사, 전용민 교수(가천대), 권정현 교수(선문대)는 "이번 연구를 통해 실제 신생아가 착용해 황달 치료가 가능한 성능 및 신뢰성을 갖는 섬유 기반의 청색 OLED 개발에 성공했다ˮ며 "설치형 LED 치료기기의 단점을 보완하며 더욱 균일한 효과를 기대할 수 있는 웨어러블 황달 치료 기술이 상용화될 수 있는 기반을 마련했다ˮ고 말했다.
KAIST 최경철 교수는 "OLED 분야는 우리나라가 최고 기술을 보유하고 있지만, 중국의 기술 추격이 예사롭지 않은 이 시점에, OLED의 다양한 응용 기술을 개발하는 것이 중국과의 OLED 기술격차를 더 벌릴 수 있고, OLED 응용 중, 직물 위 OLED 기반 웨어러블 의료 기술개발로 바이오 헬스케어 시대에 맞는 OLED 응용의 새로운 시장을 개척해, 우리나라의 OLED 기술이 계속 선두를 유지하기를 바란다ˮ라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 선도연구센터 사업의 지원으로 수행됐다.
□ 용어 설명
○ 직물기반 옷 OLED (Textile-based OLED)
- 실제 옷감에 사용되는 직물상에 제조된 차세대 OLED; OLED는 나노미터 스케일(nm-scale)로 평탄화된 기판에 제조되어 기존 방식으로는 직물위에 OLED를 제조할 수 없었으나 본 연구에서는 직물기반 청색 OLED 개발에 성공하였으며 이를 활용하여 황달 치료 효과를 검증하였다.
○ 빌리루빈 (Bilirubin)
- 황달을 일으키는 독성 물질인 빌리루빈은 헤모글로빈과 같은 철 함유 단백질이 분해될 때 생성된다. 빌리루빈은 보통 간에 의해 해독되고 담즙으로 배설된다. 신생아는 수명이 짧은 적혈구를 가지고 있으나 간대사가 미숙하여 빌리루빈을 많이 생산한다.
○ 신생아 황달 (Neonatal Jaundice)
- 혈중 빌리루빈의 증가로 신생아에게 발생하는 황달을 나타내는 질환을 총칭하며, 생후 첫 주 내 만삭아의 약 60%, 미숙아의 약 80%에서 관찰된다. 대부분 큰 문제 없이 좋아지지만 심한 황달을 치료하지 않는 경우 신경계에 손상을 줄 수 있다.
논문정보 : Wearable Photomedicine for Neonatal Jaundice Treatment using Blue Organic Light-Emitting Diodes (OLEDs): Toward Textile-based Wearable Phototherapeutics. Advanced Sciecne (2022)
