생체조직 표면에 알아서 착 달라붙는 초박막 전자소자

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생체조직 표면에 알아서 착 달라붙는 초박막 전자소자

하이커뮤니티매니져 0 2 05:21







왼쪽부터 손동희 기초과학연구원(IBS) 뇌과학 이미징 연구단 교수, 김봉수 울산과학기술원(UNIST) 화학과 교수, 정현진 IBS 연구원, 이대연 UNIST 연구원. IBS 제공



왼쪽부터 손동희 기초과학연구원(IBS) 뇌과학 이미징 연구단 교수, 김봉수 울산과학기술원(UNIST) 화학과 교수, 정현진 IBS 연구원, 이대연 UNIST 연구원. IBS 제공




국내 연구팀이 별도의 고정장치 없이도 인체 조직에 견고히 접착할 수 있는 초미세 박막 소재를 개발했다. 조직에 부담을 주지 않고도 생체 신호를 정밀하게 계측할 수 있는 전자소자 구조체로 활용돼 정밀의료, 뇌-기계 인터페이스(BCI) 분야 응용이 기대된다.





기초과학연구원(IBS)은 손동희 뇌과학 이미징 연구단 교수(성균관대 전자전기컴퓨터공학과 교수)와 김봉수 울산과학기술원(UNIST) 화학과 교수 공동연구팀이 두께 350나노미터(nm, 1nm는 10억분의 1m) 두께의 초박막 하이드로젤-엘라스토머(탄성체) 기반의 이온-전자 복합 나노막을 개발했다고 10일 밝혔다.





연구팀은 나노막을 활용해 두께 400nm의 트랜지스터 소자도 구현했다. 소자는 쥐 실험에서 4주간 심장, 근육, 뇌조직 위에 견고히 접착돼 생체신호를 정밀하게 계측했다. 연구결과는 10일(현지시간) 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지'에 공개됐다.



심장이나 근육, 뇌 같은 연조직은 부드럽고 표면이 3차원 곡면으로 이뤄져 보통 단단하고 평면 형태인 전자 소자를 안정적으로 고정하기 어렵다. 기존 전자 소자는 이물감과 염증을 일으키고 전극 기반의 측정 방식도 신호 세기가 약하고 잡음에 취약하다는 한계가 있다.










연구팀이 개발한 형상 변형 가능한 초박막 이중층 트랜지스터(THIN-OECT)를 제작하고 활용해 생체신호를 증폭·계측하는 과정. IBS 제공



연구팀이 개발한 형상 변형 가능한 초박막 이중층 트랜지스터(THIN-OECT)를 제작하고 활용해 생체신호를 증폭·계측하는 과정. IBS 제공




연구팀은 다양한 인체 조직과 자발적으로 접착할 수 있는 새로운 개념의 전자막인 '씬(THIN)'을 개발했다. THIN은 생체조직에 접착되는 고분자 물질인 하이드로젤과 반도체 성질을 띤 고신축성 탄성체를 결합한 초박막 구조다.





THIN은 건조 상태에서는 단단해 가공이 쉽고 체내 수분을 만나면 즉각 부드럽게 변하며 조직 표면의 곡면에 스스로 밀착된다. 별도의 고정 장치가 필요 없다.





연구팀은 THIN에 금을 얇게 코팅한 전극을 제작해 두께 400nm의 THIN 기반 트랜지스터를 제작했다. 쥐의 심장, 근육, 뇌에 부착하고 성능을 테스트한 결과 심장 전기신호, 근전도, 뇌파를 고품질로 실시간 계측하는 데 성공했다.





4주 이상 장기간 이식에서도 부작용 없이 안정적으로 작동하며 높은 조직 적합성이 확인됐다. 소자가 매우 얇고 유연해 조직이 소자의 존재를 거의 감지하지 못한다는 설명이다.





손 교수는 "기존 바이오전자 기술이 갖는 실사용성·내구성·조직안정성의 한계를 극복해 생체 계측·자극 기술의 패러다임을 바꿀 수 있다"며 "심장질환 모니터링, 맞춤형 뇌파 인터페이스, 근육 재활 로봇 제어 시스템, 전자약 기반 자극 치료 등 다양한 정밀의료 플랫폼으로 확장될 수 있을 것"이라고 밝혔다.





연구팀은 이번 연구성과를 기반으로 신경 재활 및 감각 재현형 신경보철기술 등으로 응용할 계획이다.







https://m.dongascience.com/news.php?idx=75496

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