주요 연구성과
NEW 기계 강대식 교수팀, 생분해 가능한 초고감도 균열 센서 개발
- 2024-08-30
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아주대·서울대·서울아산병원 공동 연구팀이 몸 안에서 생분해 가능한 미세 균열 기반의 센서를 개발하는 데 성공했다. 이 센서를 활용하면 기존의 센서로는 측정하기 어려웠던 미세 생체 신호를 측정할 수 있어, 질병 진단 및 치료에 활용될 전망이다.
우리 학교 기계공학과 강대식 교수는 생체 내에서 녹아 사라질 수 있는 물질을 이용 해 인체 장기 안에서 발생하는 미세한 생체 신호를 측정할 수 있는 의료용 센서를 개발했다고 밝혔다.
이번 연구 성과는 재료공학 분야 최상위권 저널인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials, IF 18.5, JCR 상위 4.1%) 7월9일 자에 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 “생체 신호 측정이 가능한 생분해성 초고감도 균열 센서(A Fully Biodegradable and Ultra-Sensitive Crack-Based Strain Sensor for Biomechanical Signal Monitoring)”다. 서울대학교 강승균 교수와 서울아산병원의 이강식 교수도 연구에 함께 참여했다.
근육·혈관의 질병을 진단하기 위해 필요한 ‘미세 생체 신호 모니터링’은 생애 주기 기간 동안의 건강 상태를 평가하는 데 필수적이다. 기존에 활용 중인 몸 안에서 녹아 사라질 수 있는 생분해성 물질 기반의 부드러운 센서는 장기에 손상을 입히지 않고 안전한 생체 신호를 측정할 수 있는 접근법이다. 그러나 상대적으로 낮은 민감도(GF ≈100)로 인해 미세한 맥박 변화가 발생하는 혈관 표면에서의 생체 신호를 정확하게 측정하기에는 한계를 보여왔다.
이러한 문제를 해결하기 위해 공동 연구팀은 몰리브덴 기반(Mo)의 필름, 삼산화 몰리브덴(MoO3) 접착층, 폴리카프로락톤(PCL) 기판을 통합해 생분해 가능한 초고감도 유연 박막 센서를 개발했다.
제작된 센서 내 전극 층에 형성된 미세 균열은 나노 단위의 미세한 거동에도 급격한 저항 변화를 보여주어 기존 센서 대비 약 1400배(GF ≈1350)에 달하는 센서 민감도를 확보할 수 있었다. 연구팀은 개발한 센서를 쥐를 이용한 동물 실험에 적용, 체내에서 발생하는 대표적인 미세 생체 신호인 뇌와 척수에서의 맥박을 감지함을 확인했다.
아주대 강대식 교수는 “이번에 개발한 생분해성 기반의 초고감도 센서는 생체 적합성을 갖춘 분해성을 가진다”며 “체내에서 안전하게 이식되어 미세한 생체 신호 변화를 측정할 수 있다”고 설명했다.
이어 “측정 목적을 달성한 후에도, 이식된 장치를 제거하는 추가 수술이 필요 없기 때문에 사용자들의 이식에 대한 거부감을 줄이는 데도 도움이 될 것”이라고 덧붙였다.
* 위 그림 설명 : 체내에서 발생하는 미세 맥박을 측정할 수 있는 생분해성 물질 기반 초고감도 센서에 대한 개략도