'OLED 콘택트렌즈'로 망막 검사…차세대 안과 진단기술 개발

초박막 유기발광다이오드(OLED)를 탑재한 콘택트렌즈로 망막 질환·기능 저하 등 여부를 검사할 수 있는 차세대 안과 진단 기술이 국내에서 개발됐다.

이 기술은 고정형 장비를 이용했던 기존 망막 진단 방식을 대체해 향후 근시 치료, 안구 생체신호 분석, 증강현실(AR) 시각 전달, 광(光) 기반의 뉴로 자극 등 분야에서 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀이 초박막 OLED 콘택트렌즈 샘플로 무선 구동을 시연하고 있다. KAIST 제공

KAIST는 전기 및 전자공학부 유승협 교수 연구팀이 서울대분당병원 우세준 교수, 포항공과대(POSTECH) 한세광 교수, ㈜PHI 바이오메드, 한국전자통신연구원(ETRI)과의 공동연구로 OLED를 활용한 무선 콘택트렌즈 기반의 '웨어러블 망막 진단 플랫폼'을 세계 최초로 개발했다고 12일 밝혔다.

이 기술은 렌즈를 착용하는 것만으로도 망막전위검사를 수행할 수 있어 기존의 복잡한 안과 진단 환경을 획기적으로 간소화할 수 있는 장점을 가졌다.

그간 망막전위도(Electroretinography·이하 ERG) 검사는 안과 등에 설치된 고정형 대형 ERG 검사기를 이용해 어두운 방 안에서 환자가 눈을 뜨고 정지한 상태에서 이뤄졌다. 공간적 제약에 환자의 협조가 필수적으로 요구되는 환경이다.

공동연구팀은 이 같은 불편함을 극복하기 위해 머리카락(70~100μm)보다 6~8배 얇은 초박막 유연 OLED(두께 12.5μm)를 ERG용 콘택트렌즈 전극에 집적하고, 무선 전력 수신 안테나와 제어 칩을 함께 탑재해 독립 구동이 가능한 시스템을 완성했다.

특히 전력 전송에 433MHz 공진 주파수를 이용한 무선 전력 전송을 채택하고, 이를 스마트폰과 연동한 수면 안대 형태의 무선 컨트롤러로 구현함으로써 실사용 가능성을 높였다.

눈에 빛을 쐬도록 개발된 기존의 스마트 콘택트렌즈형 광원은 대부분 무기 LED를 활용한다. 하지만 무기 LED는 딱딱한 형태인데다 한 점에서 강한 빛이 나오는 '점광원'의 특성 탓에 열 집적 문제에 취약한 문제를 드러낸다. 실제 현장에서 사용할 수 있는 광량에 한계가 따를 수밖에 없는 구조다.

무선 OLED 콘택트렌즈를 활용한 망막전위도 검사 시스템 모식도. KAIST 제공

이와 달리 OLED는 면광원으로 넓고 균일한 조사가 가능하며 저휘도 조건에서도 충분한 망막 반응을 유도할 수 있다.

실제 공동연구팀은 비교적 낮은 밝기인 126nit의 휘도(표면 또는 화면 속 빛의 밝기를 나타내는 수치)에서도 안정적인 ERG 신호를 유도, 기존 상용 광원과 동등한 수준의 진단 신호를 확보했다.

이를 토대로 동물실험을 진행한 결과 공동연구팀은 OLED 콘택트렌즈를 착용한 토끼의 눈에서 표면 온도가 27도 이하로 유지돼 눈을 덮고 있는 각막이 열 손상을 입지 않고, 고온 다습한 환경에서도 빛을 내는 성능이 유지되는 것을 확인했다. 이는 실제 임상 환경에서도 유효하고 안정적인 ERG 검사 도구로 활용될 수 있다는 것을 입증한다.

유승협 교수는 "초박막 OLED의 유연성과 확산광 특성을 콘택트렌즈에 접목한 것은 세계 최초의 시도"라며 "이번 연구 결과가 디지털 헬스케어 기술 확대에 기여할 수 있길 기대한다"고 말했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr