서브테라헤르츠 영역에서 인간 전혈 스펙트럼 특성에 대한 파일럿 임상 연구

초록

본 파일럿 임상 연구에서는 8시간 금식 후 채취한 28명의 신선한 전혈을 대상으로 서브테라헤르츠(0.1–1 THz) 영역의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 개인별 흡수 계수 차이가 평균값의 약 15%까지 나타났으며, 트리글리세리드와 적혈구(RBC) 농도가 흡수 계수와 유의한 음의 상관관계를 보이는 주요 인자로 확인되었다.

상세 요약

본 연구는 인간 전혈의 서브테라헤르츠(THz) 스펙트럼을 최초로 정량적으로 분석한 시도라 할 수 있다. 피험자는 8시간 금식 후 채혈했으며, 이는 혈중 지방성분과 포도당 농도의 변동을 최소화하여 스펙트럼 변이를 혈액 고유 성분에 귀속시키기 위한 전처리이다. 채취된 전혈은 즉시 냉각 보관 후 30 분 이내에 THz 시간영역 분광기(TDS)로 이동시켜 0.1–1 THz 범위에서 투과형 측정을 수행하였다. 측정 전에는 혈액을 얇은 폴리디메틸실록산(PDMS) 마이크로칩에 균일하게 분산시켜 두께와 광학 경로 길이를 일정하게 유지함으로써 샘플 간 비교 가능성을 확보하였다.

스펙트럼 데이터는 각 주파수에서 흡수 계수 α(ν)를 추출하고, 전체 샘플에 대해 평균값과 표준편차를 계산하였다. 개인별 α값 변동은 평균 α의 약 ±7.5% 범위 내에서 최대 15%까지 확대되었으며, 이는 기존 혈액학적 변이(예: 헤모글로빈 농도, 혈장 단백질)만으로는 설명하기 어려운 수준이다. 이를 해석하기 위해 혈액학적 지표(트리글리세리드, 총 콜레스테롤, HDL, LDL, 혈당, 혈압, 적혈구·백혈구·혈소판 수 등)와 α값 사이의 Pearson 상관분석을 수행하였다. 결과는 트리글리세리드(TG)와 적혈구(RBC) 농도가 각각 r = ‑0.62, r = ‑0.58( p < 0.01) 로 통계적으로 유의미한 음의 상관관계를 보였으며, 다른 지표들은 상관계수가 0.2 이하에 머물렀다.

트리글리세리드가 높은 경우 혈장 내 지방 입자가 증가해 전자기파의 자유 전자 흡수를 억제하고, 적혈구 농도가 높을 경우 세포막과 헤모글로빈의 복합적인 전자·진동 모드가 THz 파장대에서 흡수를 감소시키는 메커니즘이 추정된다. 특히, RBC는 세포 내 물 함량이 높아 물의 강한 THz 흡수 특성을 반영하므로, 농도 변화가 전체 흡수 계수에 큰 영향을 미친다.

통계적 검증을 위해 다중 회귀 모델을 구축했으며, TG와 RBC를 독립 변수로 할 때 결정계수(R²)는 0.48에 달했다. 이는 두 변수만으로도 거의 절반 이상의 스펙트럼 변이를 설명할 수 있음을 의미한다. 그러나 샘플 수가 제한적이고, 혈액의 복합성(예: 혈장 단백질, 전해질, 기타 대사산물)으로 인해 모델의 일반화 가능성은 아직 검증되지 않았다.

기술적 측면에서, THz TDS는 물의 강한 흡수 때문에 전통적으로 생체시료 분석에 어려움이 있었으나, 본 연구는 얇은 샘플 셀과 고감도 검출기를 활용해 실용적인 측정 프로토콜을 제시하였다. 또한, 금식 조건과 즉시 측정이라는 엄격한 실험 설계는 혈액 내 변동성을 최소화하고, 스펙트럼 차이를 실제 생리학적 인자와 연결시키는 데 기여했다. 향후 연구에서는 더 큰 코호트와 다양한 병리학적 상태(예: 고지혈증, 빈혈, 당뇨)에서의 THz 스펙트럼 변이를 조사함으로써, 비침습적 혈액 진단 기술로서의 가능성을 평가할 필요가 있다.