우리 몸 안팎에 맞춤형으로 유연한 전자소자를 장착할 수 있다면 의료산업이 어떻게 달라질까? 유연하고 신축성을 갖춘 전자소자의 개발을 필두로 몸에 붙여 의료활동을 수행하는 전자소자, 일명 웨어러블 일렉트로닉스가 주목을 받고 있습니다. 일상생활에서도 항상 의료기기의 혜택을 누릴 수 있도록 의료기기의 개인화, 무선화, 실시간화를 이루기 위한 연구의 트렌드라고할 수 있겠습니다. 우리 연구실에서도 이러한 목표와 변화에 일조하기 위하여 우리 몸에 결합할 수 있는 전자센서 및 치료시스템을 개발하는 연구를 수행하고 있습니다. 고성능의 전자 소자구현을 위한 무기물질의 소자와 유연하고 신축성 있는 유기물질을 결합한 하이브리드 전자소자를 통해 다양한 형태와 움직임을 갖는 인체에 맞춤형으로 부착할 수 있는 연구를 수행합니다. 체온, 체압, 습도, 열전도도 등의 센서를 비롯하여 체압, 혈류속도 등의 기계센서를 비롯하여 pH, 글루코스 등의 생물화학센서등 다양한 센서들을 제작하여 응용하는 기술을 연구합니다. 또한, 우리 체내에 다양한 형태를 갖는 장기에 맞춤형 치료를 제공할 수 있는 공정기술을 개발함으로써 의료기기의 개인맞춤화를 현실화 합니다.

아래 그림은 최신 연구결과의 일부 소개자료입니다.

신축성 pH 센서 및 ECG 센서 (stretchable pH and ECG sensor)

우리 몸의 산도(pH)는 이상반응의 유무를 검출하는데 있어 중요한 바이오마커(biomarker)입니다. 대표적인 예로, 뇌출혈 등의 이상현상이 발생하여 뇌활동의 비정상적 징후가 발생하면 산도의 변화가 민감하게 발생하게 됩니다. 실리콘 나노막을 이용한 센서를 제작하게 되면 pH에 따라 민감한 전도도 변화를 측정할 수 있기 때문에, 이를 이용한 체내 pH 변화를 측정할 수 있는 센서를 제작할 수 있습니다. 다양한 굴곡과 움직임을 갖는 신체내에서 센서가 안정적인 구동을 할 수 있도록 센서를 초박막형태(<100 nm)로 제작하여 신축성있는 소재에 적용하였습니다. 유사한 방식을 응용하여 심장계 활동을 측정할 수 있는 ECG 센서를 응용하였습니다.

 

 

 

 

근거리 무선통신(NFC)을 이용한 온도/압력센서

모바일 의료소자를 이용하기 위해서는 무선통신기술과 기기의 진보가 필수적인 요소입니다. 초박막형으로 이용할 수 있는 근거리 무선통신기술을 개발하고, 적용한 사례를 소개합니다. 50 um 두께 수준의 금속포일을 이용하여 인덕터 코일을 제작하였고, 약 30 um 수준의 유연성 고분자 위에 다이오드, 커패시터 및 IC 칩을 구성하였습니다. 쥐의 머리에 얇게 들어갈 수 있는 수준의 크기로 몸 안에서 센서가 읽는 바이오정보를 약 10 cm 거리 내외로 전달할 수 있는 기술입니다.

 

 

 

 

심부뇌 측정을 위한 인젝터블 센서

몸 안의 정보를 정확히 측정하기 위해서는 때로는 독특한 형태의 센서 삽입기술이 필요합니다. 특히, 심부뇌 영역이라고 하는 “Deep brain” 영역은 아직도 밝혀지지 않은 정보들이 많이 있습니다. 가장 정확하게 심부뇌의 활동을 측정할 수 있는 방법은 뇌 안쪽 영역으로 센서를 밀어넣는 것입니다. 다만, 이러한 과정에서 뇌에 손상이 가는 것은 불가피한 상황입니다. 이렇게 장기의 손상을 최소화하면서도 장기의 깊은 영역까지 센서를 전달하기 위해서는 매우 얇고 유연하면서도 장기를 통과해 심부 영역으로 들어갈 수 있는 강도를 동시에 가져야합니다. 이러한 Injection이 가능한 센서를 구현하기 위해 평면으로는 매우 얇은 (약 80 um) 두께 수준의 마그네슘 박막에 센서를 입히고, 센서의 첨단을 바늘 형태로 가공하여 밀어넣는 기술을 개발하였습니다. 결과적으로 심부뇌의 온도와 압력을 정밀진단할 수 있는 기술이 제공되었습니다.

 

 

 

 

참고문헌

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