비침습 치료 기술 실용화 성큼… 반도체 공정 기반으로 대량 생산도 가능
  • ▲ KAIST 전기및전자공학부 이현주 교수 연구팀은 인체 표면의 곡률에 맞춰 자유롭게 휘어지고, 성능 저하 없이 안정적으로 동작하는 유연 초음파 센서(CMUT)를 개발했다.ⓒKAIST
    ▲ KAIST 전기및전자공학부 이현주 교수 연구팀은 인체 표면의 곡률에 맞춰 자유롭게 휘어지고, 성능 저하 없이 안정적으로 동작하는 유연 초음파 센서(CMUT)를 개발했다.ⓒKAIST
    초음파 영상을 촬영하듯, 피부에 부착만 하면 염증 완화 등 치료까지 수행할 수 있는 차세대 웨어러블 의료기술이 나왔다.

    KAIST 전기및전자공학부 이현주 교수 연구팀은 인체 표면의 곡률에 맞춰 자유롭게 휘어지고, 성능 저하 없이 안정적으로 동작하는 유연 초음파 센서(CMUT)를 개발했다고 12일 밝혔다. 

    이 센서는 단순 진단을 넘어 저강도 집속 초음파(LIFU) 를 통한 비침습 치료까지 가능하다는 점에서 주목된다.

    ◇ 기존 웨어러블 초음파의 한계를 재설계

    기존 유연 초음파 센서는 구조가 쉽게 변형되고 출력이 약해 고해상도 영상 확보나 치료 자극 구현에 한계가 있었다. 

    연구팀은 반도체 웨이퍼 기반 공정 위에 유연 엘라스토머 브리지를 접목해 ‘휘어져도 성능이 유지되는’ 소자 구조를 완성했다.

    또 내부에 저융점 금속합금(LMPA) 을 삽입해, 전류 인가 시 액체처럼 흐르다가 냉각되면 원하는 형태로 ‘고정’할 수 있도록 했다. 

    이를 통해 센서를 무릎·목·복부와 같은 곡면에 밀착시켜 초음파 초점을 더욱 정확하게 전달할 수 있게 됐다.
  • ▲ 왼쪽부터 이현주 교수, 이상목 박사, 샤오지아 량 박사과정.ⓒKAIST
    ▲ 왼쪽부터 이현주 교수, 이상목 박사, 샤오지아 량 박사과정.ⓒKAIST
    ◇ 장치 없이도 ‘자동 초점’… 동물 실험서 치료 효과

    이번 센서는 별도의 빔포밍 장치 없이 소자 곡률만으로 자동 초점 형성이 가능하다. 반복적인 굽힘과 변형에서도 전기·음향 특성이 안정적으로 유지되는 것도 확인됐다.

    연구팀은 관절염 동물 모델에서 비장을 절개 없이 초음파로 자극하는 실험을 진행했고, 염증 지표 감소 및 보행 능력 개선 등 실질적인 치료 효과를 입증했다.

    “초음파 센서가 진단을 넘어 치료 플랫폼 으로 확장될 수 있음을 보여준 사례”라는 게 연구진의 설명이다.

    ◇ 재택 의료·만성질환 관리 시대 ‘핵심 기술’로

    연구팀은 앞으로 소자를 2차원 배열 형태로 고도화해 영상 + 치료를 동시에 수행하는 스마트 의료기기 플랫폼으로 발전시킬 계획이다. 공정 역시 대량 생산이 가능해 상용화 추진 여력도 충분하다는 평가다.

    이현주 교수는 “인체에 부착한 상태에서 영상 진단과 비침습 치료를 동시에 수행할 수 있는 기술”이라며 “만성질환자 재택 관리, 웨어러블 헬스케어, 고령사회 의료 부담 완화에 큰 역할을 할 것”이라고 말했다.