화학공학부 조수연 교수 연구팀, 피부 광노화 실시간 포착하는 초정밀 센서 인터페이스 개발
– 근적외선 나노센서 어레이로 피부 활성산소 시공간 파형 실시간 분석
– 항산화 원료 효능의 시각화·정량화로 화장품·제약 산업에 새로운 분석 기술 제시
화학공학부 조수연 교수 연구팀이 근적외선(nIR) 기반의 나노센서 어레이를 이용해 피부에서 발생하는 광노화 스트레스를 실시간으로 고해상도 시공간 분석할 수 있는 초정밀 센서 인터페이스를 개발했다. 이 기술은 일상적인 자외선 노출에 따른 피부 세포의 미세 반응을 단일 세포 수준까지 정밀하게 관찰할 수 있으며, 항산화 성분의 효능을 시각적으로 확인하고 정량적으로 비교할 수 있어 화장품 및 제약 산업에 폭넓은 응용 가능성을 제시한다.
▲ 일상 생활 속 피부 광노화 반응과 근적외선 나노센서 인터페이스를 활용한 실시간 피부 스트레스 시공간 모니터링 기술 개요도
피부 광노화는 자외선에 반복적으로 노출되며 서서히 진행되는 노화 현상으로, 세포 구조 손상과 기능 저하를 유발해 주름, 탄력 저하 등 다양한 피부 문제의 주요 원인이 된다. 하지만 기존 연구 방법은 염색이나 단백질 추출 방식에 의존해 연속적인 시공간 분석이 불가하고, 자극이 강한 조건에서만 반응을 확인할 수 있어 실제 생활 환경에서의 변화를 정밀하게 관찰하기 어려웠다. 또한 세포에 추가적인 손상을 줄 수 있어 정확한 평가에 한계가 있었다.
▲ 근적외선 나노센서 인터페이스를 통한 피부 노화 실시간 시공간 정밀 포착 및 단일 세포 활성산소 분출 3차원 모델링
연구팀은 머리카락 굵기의 1만 분의 1보다 더 얇은 탄소 나노소재에 DNA와 피부세포가 잘 붙을 수 있도록 돕는 생체 친화성 물질을 결합해, 피부세포가 안정적으로 자랄 수 있는 동시에 미세한 산화 스트레스를 민감하게 감지할 수 있는 센서를 개발했다. 이 센서는 피부세포와 직접 맞닿아 있기 때문에, 일반적인 일상 자외선 조건에서도 피부 내에서 발생하는 매우 작은 활성산소 반응을 실시간으로 탐지할 수 있으며, 세포가 자외선에 적응해가는 ‘광적응’ 현상을 시각화하는 데도 성공했다.
▲ 화장품 효능 정량평가 플랫폼으로서의 활용 로드맵 및 실제 원료 측정 결과
특히 이번 기술은 화장품 및 제약 산업에 유용한 분석 도구로 활용될 수 있다. 연구팀은 비타민 C, 비타민 E, 식물 추출물 등 다양한 항산화 성분을 피부세포에 적용한 뒤, 이 센서를 통해 세포 반응을 실시간으로 추적한 결과, 각 성분이 세포 내 산화 스트레스를 얼마나 효과적으로 줄이는지를 눈으로 확인하고 수치로 비교할 수 있었다. 이는 기존의 주관적이고 간접적인 실험 방식에 비해 훨씬 정밀하고 신뢰도 높은 분석이 가능함을 보여준다.
이번 연구는 보건복지부의 혁신성장 피부건강기반기술개발사업과 과학기술정보통신부의 우수신진연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances, IF: 14.1)에 2025년 9월 12일자로 온라인 게재되었다.
※ 논문명: Label-free and real-time monitoring of photoaging with high spatiotemporal resolution using an nIR fluorescent nanosensor array
※ 저자명: 조수연 (교신저자), 조영욱 (제1저자)
※ 학술지: Science Advances