부착형 OLED로 콜라겐 합성 및 피부재생 확인
[기계신문] 빛을 이용한 광치료 기법은 비침습적, 비외과적(non-invasive) 방식으로 주로 상처 치유 및 피부 미용 등의 목적으로 사용되고 있다.
광치료(Light therapy)는 빛이 인체 내에서 생화학적 반응을 촉진하는 원리를 이용하는 의료 기술로, 피부미용, 상처치유, 황달 등의 피부질환뿐만 아니라 우울증, 불면증, 치매 등의 정신건강 등에 적용 가능하다.
이러한 광치료 기법은 주로 레이저 혹은 LED 광원을 바탕으로 상용화되고 있지만, 레이저나 LED와 같은 점광원 기반의 폼팩터는 넓은 면적에 걸쳐 균일하게 조사(照射)하기 어렵고 국부 발열 문제가 있으며, 딱딱한 형태이기 때문에 유연하지 못해 인체에 밀착하지 못하는 등의 문제가 있었다. 이로 인해 광원이 위치한 고정된 장소에서만 광치료가 가능했다.
이때 폼팩터(From-factor)는 디바이스의 구조화된 형태를 말하는 것으로, LED와 같은 딱딱한 광원은 폼팩터가 정해져 있지만, OLED는 다양한 기판에서 플렉서블, 폴더블, 스트레쳐블 등 다양한 형태로 구조화할 수 있는 장점을 갖는다.
새로운 광원인 OLED는 면광원으로 제작될 수 있고 유연한 특성을 가지기 때문에 기존 문제점들을 해결할 수 있으나, 표면이 매끄럽고, 유리나 플라스틱 같은 내열성 있는 소재에만 제작할 수 있다는 한계가 있었다.
즉, OLED가 갖는 장점을 극대화하여 웨어러블, 인체부착형 형태의 광치료를 구현하기 위해서는 소재와 형태에 제한을 두지 않으면서도 고신뢰성, 고성능의 플렉서블 OLED가 필요하다.
최근 KAIST 최경철 교수와 분당서울대학교 병원 박경찬 교수 공동 연구팀이 소재나 형태에 무관하게 다양한 표면에 부착할 수 있는 프리폼 OLED를 개발하고, 인공피부모델과 동물모델에 직접 부착할 수 있는 OLED 광원에 의한 콜라겐 합성 및 피부재생 효과를 확인했다.
프리폼(Free-form) 유기발광다이오드(OLED)는 특정 소재와 형태에 제한 없이 만들 수 있는 OLED로서, 자발광 특성으로 얇고 유연한 디스플레이로 제작할 수 있다. 주로 디스플레이나 조명으로 응용되던 플렉서블 OLED를 웨어러블 헬스케어 기기로 응용할 수 있는 실마리가 될 것으로 기대된다.
연구팀은 부착할 수 있는 4.8㎛의 박막 층 사이에 OLED를 넣는 샌드위치 구조의 면광원을 디자인하여 소재와 형태의 제약 없이 사용할 수 있는 프리폼 OLED를 제작하였다.
프리폼 OLED는 두께 10㎛로 아주 얇아 피부, 옷, 종이, 과일 등 다양한 소재는 물론 원통형 같은 다양한 형태의 표면에 부착하는 형태로 제작할 수 있다는 것이 장점이다.
실제 옷감에 적용된 프리폼 OLED는 350㎛ 굴곡의 1000회 반복된 접힘(folding)에도 정상적으로 구동했으며, 물세탁 후에도 구동 수명이 100시간을 넘어 옷과 모자와 같은 일상생활 소재와 접목해도 효율적인 사용이 가능함을 확인했다.
실제 쥐의 피부상처에 프리폼 OLED를 부착하여 빛을 쬐어주고 8일 후 상처치유를 돕는 각질형성세포의 재생(21%) 및 피부영역확장(15%) 등의 효과를 관찰했다. 3D 인공피부모델을 통해 확인한 표피두께 향상(39%)과 콜라겐 생성 증진 등의 피부재생 효과가 실제 동물모델에서 재현된 것이다.
지난해 연구팀이 개발한 상처치유에 효과적인 ‘OLED 반창고’를 토대로 옷이나 피부 형태의 패치와 같이 소재와 형태에 구애받지 않는 다양한 웨어러블 형태로 응용하도록 개발됐으며, 인공피부와 동물모델까지 확대하여 콜라겐 합성 및 피부재생 효과를 확인했다.
최경철 교수는 “프리폼 OLED는 사람이 착용하는 옷, 마스크, 모자 또는 피부에 직접 부착하는 등 어떠한 형태로도 적용할 수 있어 웨어러블·일회용 광치료의 실용화에 기여할 것으로 기대된다”며 “피부미용을 위한 마스크팩이나 상처치유를 위한 패치 외에도 모자나 안경 형태로도 제작될 수 있어 광치료의 활용범위를 확대할 수 있는 실마리가 될 것”이라고 밝혔다.
한편, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 KAIST 최경철 교수팀의 전용민 박사과정 연구원과 분당서울대 병원 박경찬 교수팀의 최혜령 연구중점교수의 주도로 진행되었으며, 네이처(Nature) 자매지 ‘빛 : 과학과 응용(Light : Science & Applications)’에 12월 9일 게재되었다.
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