색맹이 색을 볼 수 있는 콘택트렌즈 개발

이스라엘 텔아비브대학(Tel Aviv University) 연구팀이 색맹(색약)인 사람이 색을 볼 수 있는 콘택트렌즈를 개발했다.

연구 결과는 광학 관련 분야 국제저널 옵틱스 레터(Optics Letters) 45권 6호에 논문명 ‘색시력 결핍을 위한 메타서페이스 기반 콘택트렌즈(Metasurface-based contact lenses for color vision deficiency)으로 게재됐다.

▲ 왼쪽부터 정상인 사람들이 본 광경, 적록색각 이상을 가진 사람이 본 광경, 적록색각 이상을 가진 사람이 개발된 콘택트렌즈를 장착해 본 광경을 재현한 이미지다. [출처: 텔아비브대학]

인간의 눈은 약 100만 가지 색상을 인식할 수 있는 것으로 알려져 있다. 하지만, 특정 색상 구별이 어려운 색맹도 존재한다. 인간의 망막에는 시각 세포의 일종인 3종류 원추세포 ‘S · M · L’가 존재한다. 이는 각각 다른 빛의 파장에 반응해 시력 물질을 발현하고 뇌에 색상을 전달한다.

다음 이미지는 S · M · L의 각 원추세포가 어떤 색깔의 파장에 강하게 반응하는지를 보여준다. 'S'는 비교적 짧은 파장에 강하게 반응해 청색을 식별하는 데 도움을 주고, M · L은 더 긴 파장에 반응해 녹색이나 황색, 적색을 식별에 도움을 준다. 이 원추세포 중 어느 하나라도 문제가 발생하면 색상을 잘 식별할 수없는 색맹이 된다.

일반적으로 색맹 증상에는 여러 종류가 존재한다. 원추세포가 전혀 없는 전색맹이거나 S · M · L 중 하나만 없는 제1색각이상인 사람도 있다. 적색 수용체의 완전 결핍에 의해 발생하는 유형으로 장파 색각결함 또는 적색맹으로도 불린다. 이는 적색이 어둡게 보이게 된다. 또한 시력 자체도 0.1~0.3 정도까지 저하하는 경우가 있다.

특히 제1색각이상 비율은 남성에게 주로 나타나는 반성 유전 질환으로 전체 남성 중 약 1%로 드물게 나타난다. 

나머지 대부분 색맹은 원추세포 M과 L에 문제가 발생하는 선천성 적록 색맹이다. 이 유형의 색맹을 가진 사람은 빨간색과 초록색을 식별하는 것이 곤란하기 때문에 일상생활의 다양한 문제가 발생하고 있다.

선천성 적록 색맹인 사람이 색맹을 회복하는 방법으로는 색맹 보정 안경 ‘엔크로마 선글라스(Enchroma Glasses)’가 개발 보급되고 있다. 엔크로마 원리는 투명 재료에 희토류 금속을 적절히 배합해 빛의 파장을 산란시키는 방법이다. 

하지만 엔크로마는 부피가 크고 항상 선글라스를 끼고 생활해야 하는 불편함이 있다. 따라서 텔아비브대학 연구팀은 렌즈 자체를 광학 특성을 변화시키는 필터로서 사용하는 것이 아니라, 렌즈의 표면 구조를 바꿔 광학 특성을 변화시키는 구조에 주목했다.

연구팀이 개발한 콘택트 렌즈는 금으로 만들어진 40나노미터(nm, 1나노미터는 10억분의 1미터) 정도의 박막을 사용해 콘택트 렌즈를 통과하는 빛의 특성을 변화시켜 색맹을 보정하는 기술이다. 렌즈 자체가 아니라 박막을 이용해 표면 구조를 변화시키는 방법이기 때문에 개인 맞춤 제품을 만들 수 있다.

기존 기술은 광학 특성을 변화시키는 박막을 평평한 표면으로만 전사할 수 있었지만, 연구팀은 새로운 곡면 렌즈에 박막을 전사하는 기술 개발에 성공했다. 현재 개발된 콘택트 렌즈 임상시험은 진행되고 있지 않다. 하지만, 시뮬레이션 결과 콘택트 렌즈를 사용하면 색 식별 능력이 10배 이상 향상시킬 수 있는 것으로 알려졌다.

김민중 기자 science@