발명의 배경과 필요성

기술의 배경과 문제점

• 기존 웨어러블 바이오 장치는 다양한 센서를 고집적화하기 어렵고, 여러 요인으로 인해 측정 정확도가 낮아 상용화에 한계가 있었습니다.

• 고령화, 잘못된 생활 습관 등으로 당뇨병 유병률이 증가하고 있으며, 장기적으로 혈당 조절이 안 되면 심각한 합병증을 유발할 수 있습니다.

• 기존 혈당 측정기는 대부분 혈액을 채취하는 침습적 방식으로, 환자에게 고통과 불편함을 줍니다.

• 땀 속의 글루코오스는 농도가 낮아 정확한 측정이 어렵고, 혈당 변동성이 커 항상성을 관리하기 어렵습니다.

기술의 필요성

• 채혈 없이 혈당을 측정하는 비침습적 혈당 측정 기술의 개발이 시급합니다.

• 정확한 혈당 측정과 동시에, 측정된 수치에 따라 자동으로 혈당을 조절할 수 있는 지능형 약물 전달 시스템이 필요합니다.

구현 방법

기술의 원리

• 본 기술은 가열부와 그 위에 배치된 약물 전달부로 구성된 웨어러블 패치 형태입니다.

• 연동된 바이오 센서(예: 땀 기반 글루코오스 센서)가 혈당 수치를 측정합니다.

• 측정된 혈당 상태(저혈당 또는 고혈당)에 따라 제어 장치가 가열부의 특정 히터를 작동시킵니다.

• 히터의 열로 인해 마이크로니들 표면의 상변화층이 녹으면서 니들 내부에 저장된 약물이 피부를 통해 체내로 방출됩니다.

• 이를 통해 저혈당일 때는 혈당을 올리는 약물을, 고혈당일 때는 혈당을 내리는 약물을 선택적으로 투여하여 혈당 항상성을 유지합니다.

구체적인 구현 방법

1. 가열부: 유연한 지지층과 그 위에 배치된 히터로 구성됩니다. 지지층과 히터는 굴곡진 '연결 패턴'을 통해 물리적 변형에도 안정적인 구조를 유지하며 신축성을 확보합니다.

2. 약물 전달부: 미세한 크기의 '마이크로니들', 니들을 지지하는 '마이크로니들 결합층', 니들 표면을 코팅하는 '상변화층', 그리고 니들 내부에 탑재된 '글루코오스 조절 약물'로 구성됩니다.

3. 다종 약물 탑재: 저혈당과 고혈당에 모두 대응하기 위해, 혈당을 올리는 약물(예: 글루코오스)과 혈당을 내리는 약물(예: 메트포르민, 인슐린 등)을 별도의 구획에 분리하여 탑재합니다.

4. 선택적 약물 방출: 각각의 약물이 포함된 약물 전달부는 개별적으로 제어되는 히터 위에 배치됩니다. 이를 통해 혈당 상태에 따라 필요한 약물만 정확히 선택하여 가열 및 방출할 수 있습니다.

▲ 약물 전달 장치의 개념도

기술의 장점

• 맞춤형 약물 투입: 사용자의 상태(저혈당/고혈당)에 따라 최적화된 약물을 선택적으로 투입하여 정밀한 치료가 가능합니다.

• 혈당 항상성 유지: 혈당을 올리는 약물과 내리는 약물을 모두 탑재하여, 고혈당 상태뿐만 아니라 저혈당 쇼크의 위험까지 관리하며 혈당을 정상 범위로 유지할 수 있습니다.

• 우수한 착용감과 안정성: 신축성 있는 소재와 굴곡진 패턴 구조로 제작되어, 피부 등 인체 곡면에 안정적으로 부착되어 일상생활 중에도 불편함 없이 사용할 수 있습니다.

활용 방안 및 기대효과

활용 방안

• 당뇨병 환자를 위한 개인 맞춤형 자동 혈당 관리 시스템으로 활용할 수 있습니다.

• 재택 및 원격 의료 환경에서 환자를 실시간으로 모니터링하고 필요시 자동으로 약물을 투여하는 솔루션으로 적용할 수 있습니다.

• 인슐린뿐만 아니라 통증 관리 약물, 호르몬 등 다양한 종류의 약물을 필요에 따라 정량적으로 전달하는 플랫폼 기술로 확장할 수 있습니다.

기대효과

• 환자의 편의성 증대: 고통스러운 채혈과 번거로운 약물 주사 없이 간편하게 혈당을 관리하여 환자의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있습니다.

• 치료 순응도 향상: 자동화된 시스템을 통해 환자가 잊지 않고 꾸준히 혈당을 관리하고 약물을 투여하도록 유도하여 치료 효과를 극대화할 수 있습니다.

• 의료비용 절감: 체계적인 혈당 관리를 통해 당뇨 합병증을 예방하고, 병원 방문 횟수를 줄여 장기적으로 개인 및 사회의 의료비용 부담을 줄일 수 있습니다.

시장 동향

시장 규모 및 성장 전망

웨어러블 약물 전달 장치 관련 시장은 만성 질환 및 고령 인구 증가, 재택 의료 선호, IoMT 기술 발전 등에 힘입어 빠르게 성장하고 있습니다. 특히 웨어러블 의료기기 시장과 디지털 당뇨 관리 시장의 성장세가 두드러집니다.

• 글로벌 웨어러블 의료기기 시장은 2023년 251.4억 달러에서 2029년 761.1억 달러로 연평균 20.28% 성장할 전망입니다. (출처: medicalkorea.or.kr)

• 글로벌 디지털 당뇨병 관리 시장은 2023년 107.8억 달러에서 2031년 276.5억 달러 규모로 연평균 12.53%의 성장이 예상됩니다. (출처: kingsresearch.com)

• 의료용 웨어러블 주사기 시장은 2024년 9억 달러에서 2034년 28.2억 달러로 연평균 12.3% 성장할 것으로 보입니다. (출처: gminsights.com)

주요 플레이어 및 경쟁 환경

웨어러블 인슐린 펌프 시장은 소수의 글로벌 기업들이 높은 점유율을 차지하고 있으며, 신규 기업들은 기술 차별화와 적용 약물 확대를 통해 시장 진입을 시도하고 있습니다.

주요 플레이어 및 경쟁 환경

산업 동인 및 기회 요인

1. 만성 질환 유병률 증가: 당뇨병, 암, 심혈관 질환 등 지속적인 약물 관리가 필요한 환자 수의 증가는 약물 전달 시스템 시장의 핵심 성장 동력입니다.

2. 고령화 및 재택 의료 선호: 환자들이 편리하고 비용 효율적인 자가 관리 및 재택 의료 솔루션을 선호함에 따라 웨어러블 장치 채택이 증가하고 있습니다. (출처: businessresearchinsights.com)

3. 기술 발전과 IoMT 통합: 마이크로니들, 스마트 센서, AI, 나노기술 등 첨단 기술이 IoMT(의료 사물 인터넷) 생태계와 결합하여 실시간 모니터링, 데이터 기반의 정밀하고 개인화된 치료를 가능하게 합니다.

4. 생물학적 제제 및 바이오시밀러 수요 증가: 주사 투여가 필수적인 생물학적 제제 및 바이오시밀러 시장의 성장은 웨어러블 주사기와 같은 혁신적인 약물 전달 기술의 수요를 촉진합니다. (출처: gminsights.com)