KAIST가 어두운 공간에서 고정형 장비를 이용했던 기존 망막 진단방식을 대체할 ‘초박막 유기발광다이오드(OLED) 탑재 무선구동 안과 진단기술’을 세계 최초로 개발했다.
이 기술은 근시 치료, 안구 생체신호 분석, 증강현실(AR) 시각전달, 광 기반 뉴로자극 등 다양한 분야로 응용이 가능할 전망이다.
이번 연구는 KAIST 전기및전자공학부 유승협 교수팀과 서울대분당병원 우세준 교수, 포스텍 한세광 교수, ㈜PHI바이오메드, 한국전자통신연구원(ETRI) 가 공동 수행했다.
공동연구팀은 OLED를 활용한 세계 최초 무선 콘택트렌즈 기반 웨어러블 망막 진단 플랫폼을 개발했다.
이 기술은 큰 특수광원 설치 없이 렌즈 착용만으로 망막전위검사를 수행할 수 있어 기존 복잡한 안과 진단환경을 획기적으로 간소화할 수 있는 게 특징이다.
망막전위도(ERG)는 망막 기능이 정상 작동하는지 측정할 수 있는 안과 진단법으로, 유전성 망막질환 진단이나 망막 기능저하 여부 검사에 폭넓게 활용된다.
기존 ERG는 고정형 대형 ERG검사기(Ganzfeld)를 이용해 어두운 방 안에서 환자가 눈을 뜨고 정지한 상태로 검사를 받아야 했다. 이는 공간적 제약뿐 아니라 환자 피로도와 협조도의 문제를 수반한다.
연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 머리카락 1/8 수준 12.5㎛의 초박막 유연 OLED를 ERG용 콘택트렌즈 전극에 집적하고, 무선전력 수신안테나와 제어칩을 함께 탑재해 독립 구동이 가능한 시스템을 완성했다.
특히 안정적인 무선 통신에 적합한 433㎒ 공진주파수를 이용한 무선전력 전송을 채택, 이를 스마트폰과 연동되는 수면안대 형태 무선 컨트롤러로 구현해 실사용 가능성을 높였다.
기존 스마트 콘택트렌즈형 광원은 빛을 눈에 쏘이도록 개발된 무기 LED를 활용했지만, 딱딱한 형태의 무기 LED는 점광원 특징 때문에 열이 모여 광량에 한계가 있었다.
반면 면광원의 OLED는 넓고 균일한 조사가 가능해 저휘도에서도 충분한 망막 반응을 유도할 수 있다.
실제 연구팀은 낮은 밝기의 126니트(nit) 휘도조건에서 안정적인 ERG 신호를 유도, 기존 상용 광원과 동등한 수준의 진단 신호를 확보했다.
또 동물실험 결과 OLED 콘택트렌즈를 착용한 토끼 눈에서 표면 온도가 27℃ 이하로 유지돼는 각막에 열 손상을 없었고, 고온다습한 환경에서도 빛을 내는 성능을 유지해 실제 임상 환경에서 유효하고 안정적인 ERG 검사도구가 될 수 있음을 입증했다.
유 교수는 "초박막 OLED의 유연성과 확산광 특성을 콘택트렌즈에 접목한 것은 세계 최초로, 기존 스마트 콘택트렌즈 기술을 빛을 이용한 접안형 광 진단·치료 플랫폼으로 확장하는 데 도움이 될 것”이라며 "디지털 헬스케어 기술 확대에 도움이 되길 기대한다“고 말했다.
한편, 이번 연구는 KAIST 심지훈·채현욱·김수본 박사가 ㈜PHI 바이오메드의 신상배 박사와 협력해 공동 제1저자로 수행했고, 연구성과는 지난 5월 국제학술지 ‘이시에스 나노(ACS Nano)’에 게재됐다.
(논문명 : Wireless Organic Light-Emitting Diode Contact Lenses for On-Eye Wearable Light Sources and Their Application to Personalized Health Monitoring / ※DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.4c18563)
