의료소자의 오작동은 환자의 진단과 치료에 있어서 매우 심각한 문제를 야기하게 됩니다. 따라서 의료소자의 신뢰성은 새로 개발된 기술의 상용화 및 실용화를 위한 “Translational Medicine”에 중요한 역할을 차지하고 있습니다. 우리 몸은 다양한 성분으로 이뤄진 체액 및 혈액에서 발생하는 전기화학적 반응에서부터 몸과 장기의 움직임에서 발생하는 기계적인 열화까지 굉장히 복합적인 열화요소를 갖고 있습니다. 또한, 외부물질이 몸 안에서 야기하는 이물반응 등의 생물학적인 반응까지 다양한 요소를 고려해야 실용화된 의료기기를 개발할 수 있습니다. 본 연구테마는 이와 같이 전자소자의 안전성 및 신뢰성에 영향을 주는 다양한 요소들의 효과를 이해하고 분석 평가함으로써 연구개발 된 최신의 의료전자소자의 실용화를 추구하는 연구를 수행하고 있습니다.

아래 그림은 최신 연구결과의 일부 소개자료입니다.

바이오 유체에서의 물질분해 메커니즘

혈액 및 체액은 다양한 이온들과 효소들이 존재하는 용액으로 시간에 따라 전자소자를 구성하는 물질을 분해하는 반응이 발생하게 됩니다. 따라서 체내에서 사용하는 전자소자의 수명과 분해물질을 정확히 분석하는 것이 안정적인 소자운영 및 체내적합성이 우수한 전자소자를 개발하는 가이드라인이 됩니다. 아래의 예시는 실리콘 나노박막이 시간에 따라 모사된 생체용액에서 분해되어 일정한 속도로 분해되는 과정을 원자력현미경을 통해서 관측한 결과입니다.

 

 

 

소자 및 소재의 생체적합성

몸에 삽입된 이물질은 몸의 면역반응을 유도하거나 감염을 유도하는 등 생체안전성을 해칠 가능성이 있습니다. 따라서 사용하려는 전자소자 및 소재의 생체적합성을 평가하는 연구는 바이오소자를 연구하는데 있어서 필수적인 단계라고 할 수 있습니다. 생체적합성의 평가과정은 여러가지의 단계로 나뉘며 세포를 이용한 세포의 생존 및 성장 실험에서부터 살아있는 동물에 물질을 삽입하여 면역반응 및 조직 반응을 직접적으로 분석하는 연구 등이 수행될 수 있습니다. 아래의 경우는 체내에서 분해가능한 압력센서가 뇌에서 감염 문제 없이 흡수되는 것을 확인한 예시가 되겠습니다.

 

 

 

기계적 신뢰성 평가

바이오 전자소자의 수명을 위협하는 요소 중에 기계적인 인자 또한 중요한 비중을 차지합니다. 우리 몸은 끊임없이 움직이고 있으며 혈액은 끊임 없이 순환하여 움직임을 만들고 있습니다. 이러한 반복적인, 혹은 복합적인 힘의 작용은 전자소자의 수명을 단축하는 역할을 합니다. 따라서 우리가 제작한 전자소자의 기계적 수명을 잘 평가하고 예측하는 것이 안정적인 전자소자의 수명을 결정하고, 때로는 이를 개선할 수 있는 방법을 제시하는 길이라 하겠습니다. 아래의 그림은 매우 얇은 박막의 기계적 특성을 평가할 수 있는 나노압입시험기술의 일부를 소개한 것으로 다양한 소자 및 재료 시험기술을 통해 우리가 개발한 바이오 소자의 신뢰성을 평가하고 있는 과정이라 하겠습니다.

 

 

 

참고문헌

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