KAIST, 모자처럼 착용하는 면광원 OLED 탈모 치료 기기 개발

KAIST 연구진이 무겁고 딱딱한 헬멧형 탈모 치료기 대신 모자처럼 착용 가능한 OLED 기반 웨어러블 광치료 기기를 개발했다. KAIST 전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀은 홍콩과학기술대 윤치 교수팀과 공동으로 직물처럼 유연한 모자 형태의 웨어러블 플랫폼에 특수 OLED 광원을 적용한 비침습(피부를 절개하거나 신체에 직접적인 손상을 주지 않는 치료 방식) 탈모 치료 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 연구팀은 작은 점에서 빛을 내는 점광원 대신 넓은 면 전체에서 고르게 빛을 방출하는 면광원 OLED를 적용하고, 모낭 세포 활성에 최적인 730~740nm 대역의 근적외선(가시광선보다 긴 파장으로 피부조직을 비교적 더 깊게 통과하는 빛)만을 선택적으로 방출하도록 설계했다. 실험 결과 대조군 대비 약 92% 수준의 세포 노화 억제 효과가 확인됐다.

두피 곡면에 밀착하는 면광원 OLED 설계

그동안 탈모 개선을 위한 약물 치료는 효과가 있는 것으로 알려졌으나, 장기 사용에 따른 부작용 우려로 인해 상대적으로 안전한 광치료가 대안으로 주목받아 왔다. 그러나 기존 탈모 치료용 광기기는 딱딱하고 무거운 헬멧형 구조로 제작돼 사용 환경이 실내로 제한되고, LED나 레이저 기반의 점광원 방식을 사용해 두피 전체에 균일한 광조사를 구현하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 천(직물)처럼 유연한 소재 기반의 근적외선 OLED를 모자 안쪽에 통합해, 광원이 두피 굴곡에 맞춰 자연스럽게 밀착되도록 설계함으로써 두피 전반에 균일한 광 자극을 전달할 수 있도록 했다. OLED(Organic Light-Emitting Diode)는 유기물 발광층에 전류를 흘려 빛을 내는 박막 자발광 소자로, 얇고 가벼우며 면 형태 구현이 용이해 웨어러블 및 대면적 광원 제작에 유리하다.

연구팀은 디스플레이용 OLED에 사용되던 파장 제어 기술을 치료 목적에 맞게 확장해, 모낭 세포 중에서도 모낭 맨 아래에 위치해 모발 성장을 조절하는 핵심 세포인 ‘모유두세포(Dermal Papilla Cells)’ 활성에 최적인 730~740nm 대역의 근적외선만을 선택적으로 방출하는 맞춤형 OLED를 구현했다.

모낭 세포 노화 억제 효과 검증

이번 연구의 핵심 성과는 착용형 기기 구현을 넘어, 탈모 치료에 가장 효과적인 ‘빛의 파장’을 정밀하게 설계해 광치료 효과를 극대화한 데 있다. 연구팀은 탈모 진행의 핵심 원인으로 꼽히는 모낭 세포 노화 억제에 주목했으며, 빛의 색에 따라 세포 반응이 달라진다는 점에 착안했다.

개발된 근적외선 OLED의 효과는 인간 모유두세포(human Dermal Papilla Cells, hDPCs)를 이용한 실험을 통해 검증됐다. 세포 노화 평가 결과, 근적외선 OLED 조사 조건에서 대조군 대비 약 92% 수준의 세포 노화 억제 효과가 확인됐으며, 이는 기존 적색광 조사 조건보다 우수한 결과다.

제1저자인 조은해 박사는 “딱딱한 헬멧형 점광원 장치 대신, 천처럼 부드러운 직물 기반 OLED를 모자 형태로 구현해 일상에서도 사용할 수 있는 웨어러블 광치료 플랫폼을 제시했다”며 “빛의 파장을 정밀하게 설계해 모낭 세포 노화를 효과적으로 억제할 수 있음을 확인한 점이 핵심 성과”라고 말했다. 최경철 교수는 “향후 전임상 연구를 통해 안전성과 효과를 검증하고, 실제 치료로 이어질 수 있는 가능성을 단계적으로 확인할 계획”이라고 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 ‘Nature Communications’에 1월 10일 자로 온라인 게재됐다.