“코로나19 확산이 바이오 미세전자기계시스템(MEMS) 시장 견인했다”

양대규 기자 / 기사승인 : 2020-06-23 10:18:14
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-‘코로나19 치료제’ 개발에 MEMS 기술 적용
- 2020년 ‘IR온도계·MUT·광학MEMS’ 부문 크게 성장
▲ 6월22일(현지시간) 샌프란시스코 소재 병원 응급실 벽에 그려진 벽화 앞을 이 병원 의사가 지나가고 있다. [사진=AFP/연합뉴스]
[IT비즈뉴스 양대규 기자] 코로나19 대유행을 진단하거나 극복하기 위한 노력에 전세계 헬스케어 시장이 크게 성장했다. 특히 비대면 온도계와 진단키트를 비롯해 코로나19 항체개발 등에 사용되는 미세전자기계시스템(Micro-Electro Mechanical Systems, MEMS) 영역은 높은 성장률을 보일 것으로 기대된다.


제롬 무울리(Jérôme Mouly) 욜 디벨롭먼트(Yole)의 수석 기술 및 시장 분석가는 코로나19 이후 전세계의 삶이 달라진 것처럼 헬스케어 시장도 바뀌었다며, "전염병은 의료기기와 체외진단의료기기(In-Vitro Diagnostic Medical Devices, IVD) 분야를 강타해 판매는 물론 응용과 사용에도 큰 영향을 미쳤다"고 말했다.

욜에 따르면 전세계 바이오MEMS 시장은 지난해 37억달러 규모에서 매년 9.2% 성장해 2025년에는 63억달러에 이를 것으로 예상된다.

가장 큰 시장은 미세유체칩(Microfluidic Chips) 시장이다. 특히 폴리머 기반 미세유체(Microfluidics non-silicon) 시장은 전체 바이오 MEMS 시장의 80% 이상을 점유하고 있다. 이 시장은 지난해 30억3400만달러에서 연평균 9.5% 성장해 2025년 52억3900만달러까지 성장할 것으로 전망된다. 


▲ 바이오 MEMS 시장 전망 [source=Yole]

◆미세유체 MEMS, 코로나19 항체 치료제 개발에 사용
코로나19 항체 치료제 개발에 미세유체 MEMS가 사용된다. 엘라이 릴리와 함께 캐나다의 앱셀레라는 지난 2월25일에 코로나19 환자의 회복기 혈액 샘플을 공급받아 코로나19 항체 치료제 개발을 시작했다.

이 회사는 2018년 미국 방위고등 연구계획국(DARPA)의 판데믹 예방 플랫폼인 P3(Pandemic Prevention Platform)에 참여해 신종 전염병 항체 치료제 기술을 상용화했다.

코로나19 항체가 풍부한 회복기 환자의 혈액에서 항체를 만드는 면역 세포를 분리한다. 여기서 앱셀레라는 면역 세포 하나를 각각 분리해 작은 방안에 가둘 수 있는 미세유체 MEMS를 개발했다.

여러과정을 통해 앱셀레라는 6월1일 코로나19에 대항하는 항체를 개발했다. 이후 임상테스트는 릴리와 미 국립 알레르기 전염병 연구소(NIAID)가 협업해 진행한다.

항체 치료제가 코로나19 치료와 예방에 효과적인 것으로 드러나면 코로나19는 물론 다른 신종 전염병 치료제 개발에 유용하게 활용될 전망이다. MEMS 기술의 주요한 성과 중 하나다.

미세유체칩을 제외한 시장들은 모두 3억달러에 못미치는 시장이다. 두번째로 큰 압력 센서 시장은 지난해 2억7300만달러로 연평균 3.7%의 낮은 성장률로 2025년에는 3억4100만달러까지 성장할 전망이다.

앞으로 5년간 예상되는 가장 높은 성장률은 관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)와 MUT(Micromachined Ultrasound Transducer) 기록할 전망이다. IMU는 이동물체의 속도와 방향, 중력, 가속도를 측정하는 센서기반 장치다. 2019년에는 불과 900만달러의 시장이지만 연간 29%씩 성장해 2025년에는 4100만달러까지 성장한다.

IMU는 주로 스마트폰에 탑재돼 3축 가속도계와 3축 각속도계가 내장되어 있어 진행방향, 횡방향, 높이방향의 가속도와 롤링(roll), 피칭(pitch), 요(yaw) 각속도의 측정을 한다. 여기서 얻어지는 가속도와 각속도를 적분하여 이동물체(보행자)의 속도와 자세각을 산출할 수 있다.

MUT 부문은 지난해 410만달러에서 매년 32.2%씩 성장하며 2025년 2200만달러까지 급격하게 성장할 것으로 전망된다. 관련 기술로는 버터플라이 아이큐(Butterlfy iQ)가 대표적인 예다.

의료 스타트업 ‘버터플라이네트워크(Butterfly Network)’가 개발한 ‘초음파 온 칩(ultrasound on a chip)’ 기술로 초음파 스캔 장치를 몸에 갖다대면 아이폰에 초음파 이미지가 뜬다.

버터플라이iQ는 인공지능을 탑재한 저가 핸드헬드 장비다. 버터플라이는 소비자들이 집에 체온계를 갖고 있는 것처럼 흔하게 보급하는 장비가 되도록 하겠다고 말했다.

버터플라이 아이큐는 심장 스캔, 태아 및 산모 검사, 근골격 검사 등 총 13개에 달하는 진단 용도로 사용할 수 있으며 FDA의 승인을 획득했다. 고가의 전용 초음파 영상 진단 장비를 사용하는 것이 아니라 아이폰을 사용한다.

IMU와 MUT 등의 MEMS 제품은 ▲병원 밖에서 환자를 모니터링하기 위한 가정 관리, 관리 시점 및 의료 웨어러블용 시스템 개발 ▲전력 감소 및 소형 시스템에 대한 첨단 기술의 발달 ▲5G와 와이파이6(Wi-Fi6) 등 통신기술의 발달로 성장할 전망이다.

 

▲ 지난 1년간 코로나19로 바뀐 바이오 MEMS 시장 [source=Yole]

◆코로나19로 성장하는 바이오 MEMS? 일부 MEMS는 오히려 ‘역성장’
업계는 코로나19가 바이오 MEMS 시장 역학관계에 미치는 영향은 애플리케이션마다 동일하지 않을 것으로 보고 있다. MEMS의 종류가 다양한 만큼 여러 상황에서 다르게 쓰이기 때문이다.

 

호흡기에 대한 수요가 증가하면 전염병 기간 동안 바이오 MEMS의 개발에 대한 필요성이 증가하지만 원격 의료기기 기술은 장기적으로 발달될 것으로 보인다.

욜에 따르면 코로나19의 급성 호흡기 증상은 인공호흡기 같은 개입장비가 갑자기 필요하게 되었고, MEMS 압력센서와 유량계의 도입에 영향을 줬다 중국을 비롯한 아시아 지역에는 비접촉 온도계에 대한 수요가 커졌다.

적외선(Infrared, IR) 온도계는 병원의 환자 모니터링 및 공항이나 역과 같은 공공 구역의 예방 정책 구현에 큰 역할을 한다. 지난해와 올해 사이에 IR 온도계 출하량은 90.5%의 높은 성장이 예상되는 등 빠르게 증가하고 있다.

같은 기간 MUT도 40.6%, 광학MEMS는 23%로 급격히 성장했다. 다른 애플리케이션은 10%이하로 낮은 성장을 보였으며, IMU와 가속도계(Accelerometer)는 오히려 각각 -19.6%와 -10.7%를 기록하며 역성장을 보였다.

IVD 영역에서는 많은 진단 회사들이 빠른 치료 시점 테스트나 중앙 연구실에서 사용하기 위한 고투과 테스트 중 하나를 가능한 한 빨리 제공하기 위해 개발 프로젝트를 시작했다. 이런 테스트 중 일부는 바이러스를 연구하고 치료제나 백신을 개발하는 데 유용한 도구인 DNA 염기서열 흐름 세포뿐만 아니라 앱셀레라와 같이 미세유체 칩에 기초해 만들어진다.

세바스티앙 클레르크(Sébastien Clerc) 욜의 센싱&엑추에이팅 기술 시장 분석가는 "병원과 중앙 연구소의 요구와는 별도로, 대유행은 신체 접촉을 제한하기 위해 더 많은 원격의료와 가정 상담으로 환자의 행동을 변화시켰다"며 "가정 모니터링 및 관리 기기 채택을 가속화했다"고 말했다.

바이오MEMS는 기기의 신뢰성, 측정 정확도, 의료 규정 준수 등 여러 관문을 통과해야 의료분야에 적절한 서비스를 제공할 수 있다. 여기에는 강력한 기술과 경험이 필요하다. MUT, 현미침(microneedles), 광학 MEMS 등 최근 부상하는 MEMS는 때때로 복잡한 설계와 부족한 사용 사례로 업계의 장벽을 넘기 힘들 수도 있기 때문이다.

제롬 무울리는 "공급망을 분석한 결과 바이오MEMS 제조업체들이 단일 MEMS 기기, 때로는 두 가지 기기 유형에 집중하는 경우가 많다"며 "상위 바이오MEMS 업체들 대부분은 고급 애플리케이션과 고도로 규제된 애플리케이션을 경험하면서 산업 영역에도 서비스를 제공한다"고 설명했다.

MEMS를 생산하는 파운드리 공장은 'PZT 증착', 'CMOS-MEMS 통합'과 같은 핵심 공정 단계를 개발하면서 고부가가치를 창출한다는 것이다.

최근 의료 기술은 예방과 개인화된 의료로 중심이 옮겨가고 있다. 규제가 덜 엄격하고 시장 잠재력이 큰 소비자 의료용 MEMS 애플리케이션 서비스에 업계의 관심이 쏠리고 있다.

욜은 "규제 시장과 비규제 시장 사이의 경계가 모호하다"며 "최고 바이오MEMS 업체들과 함께 신생 업체들도 헬스케어 분야에서 바이오MEMS 제품을 제공하기 시작하고 있으며, 최근 인수합병을 통해 더욱 강력한 바이오MEMS 업체들도 생겨나고 있다"고 분석했다.

 

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