휴대용·고효율 웨어러블 광 치료 상용화 가능성 열려
빛을 이용한 광 치료(Light therapy) 기법은 비외과인(non-invasive) 치료 방법으로 안전하고 효과적이기 때문에 주로 상처 치유 및 피부 미용 등의 목적으로 사용되고 있다. 잦은 스트레스와 수면장애 속에 살고 있는 현대인들에게 심신안정과 수면유도 목적으로도 그 활용이 커지고 있으며, 노인성 질환에서 노인 복지에 가장 심각한 영향을 주는 치매 또한 빛 치료로 해결될 수 있다는 최근 연구 결과가 보고된 바 있어, 다양한 의료 효능에 많은 관심을 받고 있다.
광 치료(Light therapy) 기법은 빛이 인체 내에서 생화학적 반응을 촉진하는 원리를 이용하는 의료 기술로, 피부미용, 상처치유, 황달 등의 피부질환 뿐만 아니라 우울증, 불면증, 치매 등의 정신건강 등에 적용 가능하다.
이러한 광 치료 기법은 주로 레이저 혹은 LED 광원을 바탕으로 연구 및 상용화 되고 있지만, 레이저나 LED와 같은 점광원 기반의 폼팩터는 넓은 면적에 걸쳐 균일한 조사(照射)를 시키기 어렵고 국부 발열 문제가 있으며, 딱딱한 형태이기 때문에 유연하지 못하여 인체에 밀착하지 못하는 등의 문제가 있었다.
*실제로 제작된 웨어러블 OLED 패치의 구동하는 모습(왼쪽). 패치는 1g 미만으로 매우 가볍고 1mm 미만으로 매우 얇고 유연하며, 42℃ 이내의 저온구동을 하기 때문에 얼굴과 팔 등 인체의 부위에 상관없이 부착하여 시간과 장소에 무관하게 치유가 가능하다(오른쪽).
이러한 배경으로 기존 광 치료 기법은 주로 병원과 같은 고정된 장소에서 설치형 광원을 이용하여 광 치료가 진행되었고, 주기적으로 방문하기 번거로워 접근성과 치료 효율이 떨어져 대중화에 걸림돌로 작용해 왔다.
최근에 각광을 받고 디스플레이 산업에서 본격적인 상용화의 길을 걷고 있는 OLED(유기발광다이오드) 광원은, 그 고유 특성상 면광원의 형태를 띠고 넓은 면적으로 만드는 것도 상대적으로 용이해 열 문제에서 훨씬 자유로우며, 초박막형 플라스틱 등 유연하게 제작이 가능하다. OLED(유기발광다이오드)는 소자 자체가 스스로 빛을 내는 광원으로서 다양한 형태와 크기의 면광원(面光源)으로 제작이 가능하다. 수백 nm 두께로 제작되기 때문에 휘고 접히는 플렉시블 및 웨어러블 기기에 응용될 수 있다.
국내 연구팀이 이러한 디스플레이 기술에 헬스케어 분야인 광 치료 기술을 융합하여, 유연한 OLED 광원을 이용하여 인체에 밀착되는 “stick-on” 웨어러블(wearable) 형태의 패치형 광 치료 플랫폼을 개발하였다. 반창고 형태의 광원을 피부에 부착하여 시간과 장소에 구애받지 않고 상처를 치유할 수 있는 기술이 개발됐다.
*웨어러블 OLED 패치를 이용한 광선 치료를 사람의 섬유모세포에 적용하였을 경우 최대 58% 향상된 세포증식 효과
KAIST 최경철 교수·전용민 연구원, 서울대학교 분당병원 박경찬 교수·최혜령 연구원 연구팀이 OLED로 웨어러블 광 치료 패치를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다. 연구팀이 개발한 광 치료 패치는 가볍고 유연하여 피부에 부착한 채 일상생활을 하면서 고효율 치료를 지속할 수 있다.
구성요소인 OLED, 배터리, 과열방지 장치(히트싱크), 패치가 모두 얇은 막의 형태로 디자인되었고, 두께가 1㎜ 미만, 무게가 1g 미만이다. 300시간 이상 장시간 작동되며, 반경 20㎜ 이내로 휘어진 상태에서도 구동될 수 있으므로 다양한 인체 부위에 부착할 수 있다.
*46% 향상된 세포 이동효과(오른쪽 위)를 보여 상처가 15시간 이상 빠르고 효과적으로 채워졌다. 이러한 결과는 OLED 조사 이후 24시간 뒤 결과를 대조군과 비교하였을 때 세포가 이동하여 상처가 많이 채워져 있다.
또한 42℃ 이하에서 구동되어 저온화상의 위험도 없으며, 국제표준화기구(ISO) 기준의 안전성도 검증되었다. 뿐만 아니라 세포증식이 58% 향상되고 세포이동이 46% 향상되어 상처 부위가 효과적으로 아물게 되는 뛰어난 치유효과를 보였다.
본 연구는 세계 최초로 유연한 OLED 광원을 활용하여 인체 부착형 광 치료에 활용 될 수 있는 웨어러블 광 치료 패치를 개발하였다. 이러한 연구 성과는 앞으로 피부미용, 상처치유뿐만 아니라 심신안정, 우울증, 치매치료와 같은 정신건강에도 적용 할 수 있고, 언제 어디서든 광 치료를 간단하게 실시할 수 있기 때문에 광 치료 산업에 큰 영향을 끼칠 것으로 보인다.
또한 디스플레이 분야에서 우리나라가 세계를 주도하고 있는 OLED 광원 기술을 헬스케어 분야와 융합한 연구 성과이기 때문에 광 치료 응용 분야에서 IT기반의 ‘모바일 디지털 헬스케어’와 접목되어 완전히 새로운 ‘개인 맞춤형 e-헬스케어’의 중요한 축을 선점할 수 있을 것으로 기대하고 있다.