개구리 발바닥 모사한 하이브리드 '생체 삽입형 전자패치' 개발

남연희 기자 / 기사승인 : 2022-01-26 13:20:37
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화학 잔류물 없이 부착 가능…삽입 소자 계면 문제 해결 기대
▲ 방창현·손동희 교수, 성두환 연구원, 김다완·송강일 박사 (사진= 한국연구재단 제공)

 

[메디컬투데이=남연희 기자] 개구리의 발바닥을 모사한 하이브리드 미세구조를 기반으로 점·탈착 시 화학적 잔류물이 없는 청정한 생체 삽입형 전자 패치가 제안됐다.


한국연구재단은 성균관대학교 방창현 교수팀, 손동희 교수팀(제1저자 성균관대 김다완 박사, 대구경북첨단의료산업진흥재단 송강일 박사)이 공동연구를 통해 화학점착제 없이 생체 내 역동적인 움직임 및 수분환경 등에서도 고접착 상태를 유지할 수 있는 생체친화성 전자 패치를 개발했다고 26일 밝혔다.

개구리 발바닥을 본뜬 생체접착 소재는 수소 결합(물리적 정전기), 모세관력 및 흡입 응력(기계적 상호작용)을 기반으로 접착을 유도해, 체액이 항상 존재하는 생체조직에 안정적인 접착력과 탈착 시 화학적 잔류물이 없는 특성을 갖도록 설계됐다.

수소 결합(물리적 정전기)은 전기 음성도가 강하고 크기가 작은 원소와 수소를 갖는 분자가 이웃한 분자의 수소 원자 사이에서 생기는 정전기적 인력을, 모세관력 및 흡입 응력(기계적 상호작용)은 서로 끌어당기려는 액체 분자들 사이의 응집력과 부피 변화로 발생하는 압력차에 의한 응력을 말한다.

기존 생체 삽입형 전자패치들은 주로 의료용 봉합사를 이용하거나, 생체접착 화학소재들을 이용해 부착했다.

하지만 의료용 봉합사를 이용한 경우 환자의 추가적인 장기손상의 부담이 있고 화학적 접착제를 사용한 경우 점·탈착 시 발생하는 잔여물로 인해 생물학적 거부반응이나 유착의 부작용이 발생할 가능성이 높은 문제가 있었다.

최근에는 유연 고분자 소재 기반의 건식 접착제가 적용되고 있으나, 생체표면의 점막 및 주변 근육에 의한 역동적인 움직임, 탄성 특성 등에 대해 청정 접착 성능을 유지하기 어려운 기술적인 한계를 가지고 있다.

이에 연구팀은 개구리 발바닥을 본뜬 미세구조기반 탄성고분자와 하이드로젤(하이브리드 접착소재)의 표면접착력 및 정전기력과의 열역학적 평형 메커니즘을 최초로 규명, 생체 표면에 화학적 잔류물이 없이 지속 가능한 생체 조직 접착력을 갖는 전자패치를 개발했다.

열역학적 평형은 에너지의 자발성에 의한 열적, 정적, 화학적으로 평형인 상태를 말한다.

또한 연구팀은 높은 조직 접착 능력을 갖는 생체친화성 청정 접착 바이오소자를 이용해 설치류 좌골 신경, 뇌 근육 및 인간 피부에 이르는 다양한 조직에서 생성되는 전기 생리학적 신호들(심전도, 근전도, 뇌전도 등)에 대해 장기간 신뢰할 수 있는 측정이 가능함을 확인했다.

연구팀은 추후 동물 실험 등을 통해 지속적인 안전성 검증을 거쳐 실제 응용이 가능할 것으로 보고 있다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구사업 등의 지원으로 진행됐으며, 연구 성과는 국제학술지‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 2021년 11월 15일 온라인 게재(출간본 표지 논문 선정)됐다.

메디컬투데이 남연희 기자(ralph0407@mdtoday.co.kr)

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