'집 안에 구현한 리프팅 시술' 홈뷰티 디바이스의 작용 원리

에이피알은 지난 9월 4일 신규 에이지알 뷰티 디바이스 ‘하이 포커스 샷’을 출시했다. 회사에 따르면 이 제품은 ‘하이푸(HIFU, High Intensity Focused Ultrasound)’라 불리는 고강도 집속 초음파 기술을 기반으로 ‘마이크로 포커스 초음파’ (MFU, Micro Focused Ultrasound) 기술이 적용됐다. 사진=에에피알 제공

사람 체중의 약 16%를 차지하는 피부는 노화의 최전선에 서 있다. 시각적으로 노화가 가장 먼저 드러나는 피부의 노화를 지연시키기 위한 노력으로 '항노화'를 넘어, 세포 단계에서부터 노화를 막고 능동적으로 시간을 되돌리는 '역노화'에 대한 관심이 높아지고 있다.

이 같은 환경하에 에이피알은 2021년 출시한 안티에이징 홈 뷰티 디바이스 브랜드 '메디큐브 에이지알(AGE-R, 이하 에이지알)'의 성공으로 가파른 실적 성장을 시현하며 올해 2월 27일 2조 4080억 원의 시가총액으로 코스피 시장에 입성했다.

에이지알 기기는 국내 홈 뷰티 디바이스 시장의 30% 이상을 점유하고 있는데, 미래에셋증권은 에이지알의 빠른 시장 장악 요인이 제품 포지셔닝과 높은 마케팅 역량에 기반하고 있다고 분석했다.

의공학 박사 출신의 신재우 에이피알 R&D실장은 에이지알의 제품 개발을 총괄하며 에이지알의 제품 라인업을 구축해 왔다. 그에게 피부과에서 사용되는 전문 의료기기에 비견한 홈 뷰티 디바이스의 작용 원리와 효과를 물었다.

신재우 에이피알 R&D실장(이사). 사진=김예은 기자

-전기 에너지를 이용한 피부과 시술인 ‘고주파(RF)/초음파(하이푸(HIFU))/레이저(LED 등)’ 각각이 피부에 작용하는 원리는 어떻게 다르며, 어떠한 피부 효능을 주목적으로 하는가?
"전기 에너지를 기반으로 한 피부용 장비는 ‘전압, 전류, 주파수, 전극 간격’의 4가지 요소에 대한 변주를 통해 피부에 작용하는 에너지의 작용 깊이와 기전(인체 내 작용 방법)을 결정하게 됩니다.

먼저, 에너지가 전달되는 깊이는 피부의 겉면을 구성하는 표피층부터, 그 아래 진피층과 SMAS층(근막, 피부 아래 4.5mm 깊이에 위치한 근육을 싸고 있는 겉면의 근육), 근육층에 이르기까지 전기 에너지를 어느 지점으로 전달할 것인지의 차이를 의미합니다.

이렇게 전기 에너지가 목표로 한 위치에 도달하면 이 에너지가 인체 내에서 작용하는 방법 역시 4가지 요소의 변주에 따라 다양하게 발현됩니다. 대표적인 기전으로는 열 에너지 전달을 통한 조직 재생유도, 운동에너지 자극을 통한 탄력 강화, 세포 내 에너지 공급, 세포 간 간격 조정을 통한 미세 구멍 조성 등으로 분류할 수 있죠.

이 가운데 피부과 장비로 가장 잘 알려진 레이저, 고주파, 초음파 등은 공통으로 열에너지 작용을 목적으로 한 장비들입니다. 이 장비들은 열에너지 전달을 통한 세포 활성화를 통해 재생을 유도하는 원리로 작용 기전은 동일하되, 열이 전달되는 깊이에 차이를 갖는 것이죠.

먼저 레이저는 피부 제일 겉의 표피층에서 열에너지를 이용해 눈에 보이는 멜라닌 색소 등을 분해하는 목적으로 사용됩니다. 나아가 고주파 장비는 피부 표면 3mm 깊이에 위치한 진피층에 열 에너지를 전달해 세포의 재생 성질을 촉구시킵니다. 이 과정에서 진피층에 위치한 콜라겐 합성이 유도되며 탄력을 개선시키는 것을 주목적으로 하죠. 마지막으로, 초음파는 4.5mm 깊이의 근막층에 열 에너지를 통한 근막 수축과 리프팅을 목표로 합니다."

- 고주파 기기들도 1000 KHz부터 모노폴라 300KHz 등으로 다양한데 주파수가 갖는 의미는 무엇인가?
"▲고주파(RF, Radio Frequency)는 열에너지를 작용을 목표로 한 기기의 일종이므로 피부 속에서 열에너지를 발생시키는 원리가 중요하겠죠. 이때 고주파의 주파수는 열을 발생시키는 원리를 결정짓는 가장 중요한 개념입니다.

주파수가 높을수록 에너지 전달 효율이 높아지는데, 특히 주파수 10MHz를 기준으로 열의 발생 기전 자체가 달라집니다. 10MHz 미만 주파수의 전기 에너지는 피부 속에서 세포 간의 마찰열을 통해 열을 발생시키는 원리를 갖습니다. 반면, 10 MHz 이상에서는 전자레인지 원리와 마찬가지로 피부 속 물 분자를 충돌시켜 열을 발생시키는 유전가열 원리가 작용합니다.

이와 같은 기준으로 현재까지 개발된 고주파 기기를 이분화한다면 10MHz 주파수를 기준으로 그 상단에 위치한 40.68MHz와 10MHz 미만에서 가장 대중화된 6 MHz로 나눌 수 있습니다.

10 MHz 미만의 마찰열 원리에 기반한 고주파 장비로, 현재 가정용으로 대중화돼 있는 제품은 20년 전 피부과 장비들이 사용했던 주파수인 0.5~3 MHz 정도입니다. 이에 반해, 현재 병원용 의료기기 장비들은 6 MHz까지 높아진 상황입니다.

고주파는 결국 피부 속에 들어가서 전기 에너지가 열로 바뀌는 것이므로, 출력값이 아무리 높더라도 그 전기 에너지가 피부층을 뚫고 들어가야지 열에너지로 전환될 수 있습니다. 그런데 피부는 에너지에 대한 저항성이 커 10 MHz 미만의 낮은 주파수들이 피부를 뚫고 들어가기가 어렵죠. 이 과정에서 피부에 바르는 젤이 기능합니다. 젤을 피부 표면에 바르면 피부 저항성을 낮춰 출력된 에너지가 효과적으로 전달될 수 있도록 도와줍니다.

반면, 10MHz 이상에서는 전기 에너지가 피부의 70% 이상을 차지하고 있는 수분의 물분자를 회전시켜 물분자간 마찰을 통해 피부 조직 내에 열을 발생시킵니다. 이 원리가 적용된 대중화된 주파수가 40.68MHz입니다.

이처럼 주파수 10MHz 이상에서는 피부 저항이 낮아질 뿐 아니라 열을 발생시키는 기전 자체가 바뀌기 때문에 젤을 쓰느냐 안 쓰느냐에 따른 에너지 전달 효율의 차이가 거의 없습니다. 따라서 이 수치를 기준으로 고주파 기기를 이용한 시술 과정에서 피부에 젤을 사용하느냐 아니냐의 차이를 발생시키기도 합니다.

앞서 고주파의 주파수가 열에너지를 발생시키는 원리를 결정했다면, 이 에너지가 작용하는 깊이는 모노폴라(Monopolar, 전극 1개에서 별도의 플레이트로 에너지 환류), 유니폴라(Unipolar, 전극 1개로 에너지 투입), 바이폴라(Bipolar, 전극 2개간 에너지 환류) 등 전극의 구성 방식이 결정합니다.

주파수 10MHz 미만의 고주파 장비는 대개 등에 플레이트를 붙여놓고 피부에 젤을 사용한 팁을 갖다 대 전기 에너지를 피부 깊숙이 전달시키는 모노폴라 방식을 사용합니다. 모노폴라는 팁에서 분출된 전기에너지가 몸에 부착된 플레이트로 환류하는 것을 목표로 개발되어, 그만큼 높은 출력의 전류를 활용해 깊이 있게 강한 열을 전달시킵니다. 한편, 10MHz 이상에서는 유니폴라나 바이폴라 방식 등이 활용됩니다."

신 이사는 젤 사용에 불편을 느끼는 소비자들이 젤 없이도 고주파 효능을 가정에서 원활히 활용할 수 있도록 울트라튠 40.68을 개발했다며, 소비자 불편과 목소리를 제품 개발에 적극 반영하고 있다고 밝혔다. 사진=김예은 기자

- 고주파(RF)와 하이푸(HIFU) 적용 원리의 차이는?
"고주파가 피부 속 3mm 깊이의 진피층을 타깃으로 한 반면 ▲하이푸(HIFU, High Intensity Focused Ultrasound)로 불리는 고강도 집속 초음파는 피부 속 4.5mm 깊이에 위치한 근막층에 열에너지를 작용하는 기술입니다.

하이푸의 원리는 피부와 근육을 연결하고 지탱하는 역할을 하는 근육막 조직을 타깃 해 열 응고점을 만들고 응축된 열 에너지를 전달함으로써, 이들 조직을 수축시킵니다. 이 과정에서 근막의 탄력성을 개선하고 근막층 하부의 근육을 당겨주는 리프팅 효과를 추구합니다."

-이 밖에도 EP 기술, IRE 방식(직류 에너지), 미세전류, 중주파(EMS) 기술 등으로 관련 기술 명칭이 다각화되고 있는데 이 같은 방식의 차이는 무엇이며 어떠한 효능으로 작용하나?
"이들은 ‘전압, 전류, 주파수, 전극 간격’의 4가지 요소의 조율 결과로 입증된 인체 내의 전기 에너지 작용 위치와 방식을 분류한 명칭에 불과합니다. 앞서 설명한 레이저, 고주파, 초음파 등이 열에너지를 통한 세포 활성화를 목적으로 했다면, 그 이외에도 전기 에너지는 세포에 에너지를 공급하거나, 세포를 파괴하지 않는 범위 내에서 세포 간 간격을 이동을 시키는 역할을 수행할 수도 있습니다.

우리가 기초 화장품을 바르는 이유는 피부에 수분과 영양분 등을 공급하기 위함이죠. 그런데 유효한 성분을 피부 위에 바르더라도 이 성분이 피부 외벽을 형성하고 있는 각질층을 뚫고 표피층에 도달해야만 일정 영양분을 피부 속에 공급하는 결과를 얻을 수 있을 것입니다. 이를 위해 각질층을 뚫고 표피까지 유효 성분이 투입되도록 세포간 간격을 이동시키는데 작용하는 전기 에너지 원리가 바로 EP 기술입니다.

▲EP(Electroporation, 전기천공법)는 화장품 흡수 목적을 수행하기 위해 에너지가 전달되는 깊이 측면에서 전기 에너지가 진피층 위의 표피층까지만 작용하도록 주파수가 높게 설정돼 있습니다. 일반적으로 주파수 크기와 전기 에너지가 들어가는 피부 깊이는 반비례하기 때문입니다.

또한 EP는 작용 원리 측면에서 전기 에너지가 각질층을 구성하는 지질 성분의 틈을 벌려 순간적으로 미세 구멍을 만들도록 작용합니다. 각질층은 동그란 머리의 각질세포와 이들 사이를 메우는 얇은 몸체인 세포 간 지질 성분이 겹겹이 쌓인 지질 이중층을 형성하고 있습니다. 여기에 EP 자극을 가하면 순간적으로 이들이 틈을 벌려 화장품이 들어갈 수 있는 통로를 열어줍니다. 이 통로를 통해 분자량이 큰 성분들까지 표피 내로 침투시킬 수 있죠. 대신 전기자극을 없애는 순간 이 틈은 곧바로 닫히는 원리로 작용합니다.

이와 대응하는 원리로 IRE(irReversible Electroporation, 비가역적 전기 천공법) 방식을 들 수 있는데, EP 앞에 되돌릴 수 없다(Irreversible)는 의미가 추가된 원리입니다. 즉, EP는 세포가 이동했다가 원상태로 복구될 수 있는(reversible) 원리로 미세홀(hole)이 열렸다가 순간적으로 닫히도록 작용하는 반면, IRE는 세포막에 구멍을 만든 상태에서 고정되어 결과적으로 특정 세포가 파괴되는 것에 작용하는 원리입니다. 따라서 이는 피부미용 목적보다는 암세포 사멸 등에 주로 활용됩니다.

▲미세전류는 에너지 깊이가 표피와 진피에 작용할 수 있도록 주파수를 제일 낮은 주파수 대역으로 낮추고, 이들 피부 세포 내에 에너지를 공급하는 원리로 작용합니다. 콜라겐을 비롯한 세포를 구성하는 구성요소 가운데 ATP라는 요소가 있는데 이는 세포의 배터리 역할을 수행합니다. 이 ATP를 전기 에너지로 자극해 활성화함으로써 세포의 원활한 활동을 촉진시키는 것이죠. 대표적으로 콜라겐 내의 ATP를 미세전류로 자극해주면 콜라겐 합성 등이 촉진되는 것에 작용합니다.

▲EMS(Electrical Muscle Stimulation, 중주파 전기근육자극)는 피부 조직 내에 가장 깊이 위치한 근육층을 타겟으로, 운동 에너지를 공급합니다. 에너지의 깊이를 결정하는 데에는 주파수뿐만 아니라 전극의 간격도 함께 작용합니다. 전극의 간격이 넓으면 넓을수록 전기 에너지가 깊이 작용하죠. 중주파는 근육층을 목표로 주파수가 굉장히 낮을 뿐만 아니라 전극의 간격을 넓게 잡아서 에너지가 근육층까지 깊이 들어갈 수 있도록 구현한 기술입니다.

작용 원리 측면에서는 이 근육 신경에 중주파 자극으로 운동 에너지를 전달함으로써 근육의 운동을 일으켜 피하 근육 발달과 피부 탄력 개선을 유도하는 것을 목표로 합니다."

피부층별로 작용 지점을 표기한 에이지알 뷰티 디바이스 라인업. 자료=에이피알, 그래픽=박현준

-이 같은 원리에 기반한 에이지알의 뷰티 디바이스 라인업은 각각 어떠한 장비 및 효능에 대응한다고 평가할 수 있나?
"저희는 앞서 설명드린 전기 원리에 대응하는 제품으로 피부 깊이별로 작용 원리를 세분화한 라인업을 구축해 왔습니다.

에이지알 제품은 ▲고주파(RF) 원리의 울트라튠 40.68 ▲하이푸(HIFU) 원리의 하이포커스샷 ▲EP 원리의 부스터프로(부스터 모드) ▲미세전류 원리의 부스터프로(MC모드) ▲EMS 원리의 더마샷EMS·부스터프로(더마샷 모드) 등으로 구성돼 있죠.

홈 디바이스 장비는 피부과의 장비들의 원리를 차용한 장비로 이들과의 주요한 차이점은 결국 출력의 차이에 있습니다.

현재 피부용 의료 장비 시장은 이스라엘에서 개발된 원천 기술들이 미국에서 기기로 구현돼 글로벌 시장에서 스탠다드 한 제품으로 자리 잡고 있습니다. 저희는 이같이 의료기기 허기와 임상으로 효능이 입증된 병원용 제품의 원천 기술과 동일한 원리를 차용해 국제 의료기기 안전기준 내에서 출력을 극대화하는 것에 주력하고 있죠.

홈 뷰티 디바이스는 이에 더해 배터리가 도달할 수 있는 출력값의 극대화와 전문의가 아닌 일반인이 집에서 사용해도 안전성을 확보할 수 있는 적정값을 조율하는 과정이 요구됩니다.

대표적으로, EP 원리에 기반해 피부 각질층에서 미세홀을 열어 화장품의 피부 흡수를 돕는 목적으로 ‘부스터 프로’가 개발됐습니다. 이 역시 기존 피부과 장비에서 사용되는 원리를 적용해 안전 기준 하에서 기존 기기 대비 출력을 960% 향상한 제품이죠."

- 이 밖에도 피부과에서 주로 사용되는 고주파(RF)와 하이푸(HIFU) 방식를 에이지알이 홈 뷰티 디바이스로 구현한 원리는 무엇인지?
"'울트라 튠 40.68'은 젤 없이도 고주파 효능을 가정에서 원활히 활용할 수 있도록 고주파 40.68MHz를 적용한 제품입니다. 또한 전극은 가정용 기기로 한정된 에너지 세팅값에서 피부로 전달되는 에너지를 극대화하기 위해 바이폴라 방식을 채택했습니다. 바이폴라의 경우 하나의 전극의 에너지가 쌍을 이루는 또 다른 전극으로 환류되는 원리로, 전극 간격의 절반에 해당하는 깊이로 에너지가 집중적으로 침투합니다. 이에 전극을 두 개씩 세 쌍으로 총 6개로 구성했으며, 진피층 3mm를 타겟하기 위해 전극 간격을 6mm로 설정했습니다.

'하이포커스 샷'은 하이푸 방식의 피부과 장비 원리에 기반해 4.5mm층을 타깃하도록 설계됐으며, 주파수 역시 7MHz로 동일하게 구현했습니다."

- 전기 에너지를 피부에 과다 사용 시 오히려 피부장벽을 훼손시키며 탄력성을 약화시키거나 민감하게 할 수 있다는 분석도 제기되는데, 이에 대한 평가와 적정 사용 주기는?
"물론 과도한 사용은 좋지 않습니다. 따라서 저희는 기획팀과 임상팀이 연구를 거쳐 목표로 하는 효능을 안전하게 달성하기 위해 '기기가 자동으로 꺼지는 시간'과 표준적으로 적용할 수 있는 '시술 주기' 등을 세팅해 권장 소비자 가이드라인을 제시하고 있습니다.

또한 여러 장비를 동시에 사용하더라도 피부 타깃층이 겹치지 않도록 라인업을 구성한 것도 피부층별 효능 전달과 동시에 동일층의 과도한 에너지 작용 위험을 낮추기 위함입니다."

신재우 이사가 회사가 취득한 특허증 앞에서 기념 촬영을 하고 있다. 에이피알은 현재까지 약 30개의 특허를 등록했으며, 출원 실적까지 포함할 경우 이 회사가 보유한 지식재산권은 70여 개에 달한다. 사진=김예은 기자

- 에이피알은 뷰티 업체로 시작해 향후 바이오 헬스케어 시장으로 확장하려는 계획을 하고 있다. 이 과정에서 에이지알의 뷰티 디바이스가 수행하는 역할은 무엇이 될 것인가?
"에이지알은 홈 뷰티 디바이스로 시작해 병원용 전문 의료기기로 진출할 준비를 하고 있습니다. 특히 디바이스와 화장품 개발을 함께 진행하는 형태로, 이를 위한 첫 프로젝트가 PDRN과 PN(연어나 송어의 정액이나 정소에서 유전자 조각을 추출해 만든 재생 및 항염 작용 물질)소재 생산과 관련 의료기기 개발이 될 것입니다.

최근 피부과는 소비자가 먼저 병원용 장비의 명칭과 기능을 알고 그 시술을 목적으로 병원에 방문하는 추세가 확대되고 있습니다. 이는 곧 장비를 소비자에게 알리는 것의 중요성이 점차 확대되고 있다는 것을 의미합니다.

에이피알은 소비자를 이해하고, 대중에게 브랜드를 알리는 것에 대한 탁월성을 기반으로 성장한 기업입니다. 따라서 현재의 변화된 트렌드가 저희에게는 최적의 기회 요인이라고 판단하고 있습니다.

나아가 에이피알은 세계 시장에서 인정받을 수 있는 K-뷰티의 원천 기술을 개발하는 것을 목표로 나아가려고 합니다. 이를 위해 기존 의료기기를 대체할 기술 혁신과 동시에 대중에게 소구될 수 있는 소비자 중심의 기술 개발에 초점을 맞추고, 우수한 원천 기술을 탑재한 뷰티 테크 제품을 선보여 나갈 계획입니다."

<문화경제 김예은 기자>