생명/의료

실시간 정확한 인체 건강 모니터링 가능한 생체모방 섬유 센서 개발

발행일 : 2019 / 11 / 20

푸단대학교 연구팀은 주사 가능한 섬유상 바이오센서를 개발했다. 해당 센서는 이식 후 모발처럼 피부 표면에 부착되고 가늘고 부드러우며 또한 체내 다양한 화학 물질의 장기적이고 실시간적인 모니터링이 가능하다.

의료 기술이 발달함에 따라 개인 생리 정보의 실시간 모니터링 및 이에 따른 개별화 의료가 관심을 받고 있다. 전기화학적 바이오센서는 화학 신호를 전기 신호로 전환시킬 수 있는 장치로 특정 화학물질을 모니터링하는데 사용할 수 있고 웨어러블 의료 분야에서 광범위한 응용 전망이 있다.

기존의 삽입 가능한 센서는 재료 자체의 모듈러스가 크고 강성 소자와 유연조직 사이의 반복된 기계적 손상이 존재한다. 또한 2차원 평면 구조에 기반하여 설계한 삽입식 소자는 최소 침습술 이식이 어려워 조직과의 안정적인 인터페이스 형성이 어렵고 장기적이고 정확한 모니터링이 어려워 신호 수집과 생체 안전에 영향을 미친다.

연구팀은 생체모방 근육 구조의 새 연구 방법을 개척하여 다단 나선 구조의 섬유상 전기화학 센서를 설계했다. 역학적 시뮬레이션과 나노압입 실험 결과, 탄소 나노튜브 섬유는 기존의 삽입 재료(금실, 폴리디메틸실록산 등)보다 더 낮은 만곡 내응력을 구비하고 휨강성이 기타 전통 삽입 재료보다 유연 조직에 더 접근하였다. 또한 섬유 1차원 구조에 적합한 주사 방법을 이용하여 섬유 센서를 목표구역에 정확하게 삽입하였는데 체외에서의 섬유 형태는 마치 동물 모발이 피부 표면에 부착된 것과 유사했다.

세포실험과 조직절편 결과, 섬유상센서 주사 후, 동물의 염증반응과 흉터를 유발하지 않았고 주변 조직과의 결합이 양호하였으며 섬유 센서는 우수한 생체 적합성과 생체 통합성을 보유했다.

해당 연구는 생물전자학 분야에서 새 방향을 제시했다. 섬유상 바이오센서는 집적회로, 블루투스 및 관련 소프트웨어를 통하여 원격으로 생리학적 데이터를 실시간 수집할 수 있고 소자는 혈관에서 안정적으로 4주간 작동할 수 있다.

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