글루코오스 조절 시스템, 상기 글루코오스 조절 시스템의 형성 방법, 및 상기 글루코오스 조절 시스템을 이용한 글루코오스 조절 방법

발명의 배경과 필요성

기술의 배경과 문제점

• 고령화 사회와 서구화된 생활 습관으로 인해 당뇨병 유병률이 지속적으로 증가하고 있습니다.

• 기존의 혈당 측정기는 대부분 혈액을 채취하는 침습적인 방식으로, 환자에게 고통과 불편함을 유발하는 단점이 있었습니다.

기술의 필요성

• 채혈 없이 혈당을 측정하는 비침습적 혈당 측정기의 개발이 시급합니다.

• 인슐린 치료로 인한 저혈당 발생 가능성 때문에 혈당 측정의 중요성이 더욱 강조되고 있습니다.

• 정확한 혈당 측정과 동시에 혈당 조절까지 가능한 통합 관리 기기의 개발이 필요합니다.

구현 방법

기술의 원리

• 본 기술은 사용자의 땀을 이용해 비침습적으로 혈당을 측정하고, 필요시 약물을 자동으로 주입하여 혈당을 조절하는 통합 글루코오스 조절 시스템입니다.

• 하나의 패치에 글루코오스, pH, 습도, 스트레인 센서를 집적하여 땀 속 글루코오스 농도를 측정하고, 다른 생체 신호로 측정값을 보정하여 정확도를 높입니다.

• 고혈당 진단 시, 시스템의 발열부가 미세 바늘을 가열하여 코팅된 상변화 물질을 녹이고, 내장된 혈당강하제를 피부를 통해 주입하여 혈당을 조절합니다.

구체적인 구현 방법

1. 측정 단계: 피부에 부착된 센서부가 사용자의 땀을 포획하고, 습도 센서가 일정 수준 이상의 땀을 감지하면 글루코오스, pH, 스트레인 센서가 동시에 신호를 수집합니다.

2. 보정 및 진단 단계: 제어부가 수집된 신호를 바탕으로 땀 속 글루코오스 농도를 측정하고, pH, 습도, 스트레인 값으로 측정된 농도를 보정하여 정확한 혈당 상태(고혈당/저혈당)를 진단합니다.

3. 조절 단계: 고혈당 상태로 진단되면, 제어부가 글루코오스 조절부의 발열부를 작동시킵니다. 발열부의 열(약 41~42℃)로 인해 미세 바늘 표면의 상변화 물질이 녹으면서 내장된 약물이 방출되어 피부를 통해 체내로 주입됩니다.

4. 모니터링 및 전송 단계: 진단 결과와 약물 주입 상태는 네트워크 송수신부를 통해 사용자의 스마트폰이나 의료기관으로 실시간 전송됩니다.

기술의 장점

• 비침습적 측정: 채혈 없이 땀으로 글루코오스 농도를 측정하여 사용자의 고통과 불편함을 해소합니다.

• 높은 측정 정확도: pH, 습도, 스트레인 등 다양한 변수를 함께 측정하고 보정하여 측정 오류를 최소화하고 정확도를 향상시킵니다.

• 실시간 측정 및 자동 조절: 혈당을 실시간으로 모니터링하고, 필요시 자동으로 약물을 주입하는 폐쇄 루프 시스템을 구현합니다.

• 우수한 착용감: 유연하고 신축성이 뛰어난 소재와 다중 절곡된 브릿지 구조를 적용하여 피부 부착 및 일상생활에서의 사용 편의성을 극대화합니다.

실험 및 결과

실험 결과

본 발명에 따른 바이오 센서의 성능을 확인하기 위해 전극 구조에 따른 특성을 비교 분석했습니다. 기존의 금 필름 전극, 메쉬 패턴 금 전극과 본 발명의 그래핀 하이브리드 전극을 비교한 결과, 그래핀 하이브리드 전극이 전기화학적으로 더 우수한 특성을 나타내는 것을 확인했습니다.

또한, 하나의 플랫폼에 구현된 습도, 글루코오스, pH 센서가 각각 안정적으로 동작함을 확인했으며, 30% 수준의 수축 및 인장 상태에서도 센서 특성 저하가 거의 없어 웨어러블 기기로서의 높은 잠재력을 입증했습니다.

활용 방안 및 기대효과

활용 방안

• 당뇨병 환자를 위한 차세대 웨어러블 헬스케어 기기로 활용될 수 있습니다.

• 실시간 혈당 모니터링 및 자동 인슐린(또는 혈당강하제) 주입이 필요한 환자 관리 시스템에 적용 가능합니다.

• 원격 의료 서비스와 연동하여 의사나 보호자가 환자의 상태를 지속적으로 모니터링하는 시스템으로 확장할 수 있습니다.

기대효과

• 환자의 삶의 질 향상: 채혈의 고통에서 벗어나 편리하고 지속적인 혈당 관리가 가능해집니다.

• 의료 비용 절감: 고혈당 및 저혈당 쇼크로 인한 응급 상황과 만성 합병증을 예방하여 장기적인 의료 비용을 절감할 수 있습니다.

• 헬스케어 시장 혁신: 비침습적 측정 및 자동 약물 주입 기술을 통해 개인 맞춤형 디지털 헬스케어 시장을 선도할 수 있습니다.

시장 동향

시장 규모 및 성장 전망

글로벌 웨어러블 의료기기 시장은 2023년 251억 4천만 달러에서 연평균 20.28% 성장하여 2032년에는 약 1,306억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 특히 연속혈당측정기(CGM) 시장은 2021년 6조 원에서 2026년 40조 원 규모로 폭발적인 성장이 전망되는 등, 본 기술이 적용될 시장의 잠재력은 매우 큽니다. (출처1, 출처2)

주요 플레이어 및 경쟁 환경

현재 연속혈당측정(CGM) 시장은 Medtronic, Dexcom, Abbott 등 소수의 글로벌 기업들이 최소침습 방식의 제품으로 시장을 과점하고 있습니다. 비침습(NI-CGM) 분야에서는 여러 벤처기업들이 제품을 출시했으나, 아직 측정 정확도 등에서 한계를 보이고 있어 기술적 우위를 확보한 차세대 제품의 시장 진입 기회가 열려 있습니다. (출처)

연속혈당측정(CGM) 시장 주요 플레이어

산업 동인 및 기회 요인

1. 만성질환 및 고령화 인구 증가: 지속적인 생체 신호 모니터링에 대한 사회적 요구가 급증하고 있습니다.

2. 헬스케어 패러다임 변화: 질병 치료 중심에서 자가 건강 관리 및 예방 중심으로 변화하고 있습니다.

3. 기술 발전: 소프트웨어, AI, ICT 등 융합 기술의 발전이 웨어러블 기기의 성능을 고도화하고 있습니다.

4. 원격 모니터링 및 홈케어 수요 증가: 의료 접근성을 높이고 비용을 절감할 수 있는 새로운 서비스 모델이 각광받고 있습니다. (출처)