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기계공학부 이상민 교수 연구팀, 인체 매개 생체전자기기 개발

관리자 2022-11-08 조회수 267

이상민 교수 연구팀 (왼쪽부터 이상민 교수, 용형석 박사)

 

기계공학부 이상민 교수 연구팀이 일상생활 속에서 버려지는 전기장 에너지를 인체에 전달시켜 약물을 방출하고 전기자극 치료를 할 수 있는 생체전자기기를 개발했다. 

 

기계공학부 이상민 교수와 용형석 박사가 발표한 ‘무동력 이온 방출 및 전기 자극을 위한 인체 매개 생체전자장치(Body-Mediated Bioelectronics for Zero-Powered Ion Release and Electrical Stimulation)’ 논문이 지난해 피인용 지수(Impact Factor) 23.991을 기록한 에너지 분야의 세계적 학술지 ‘ACS Energy Letters’에 게재됐다.

 

생체전자기기(Bioelectronics)는 약물 전달과 전기자극 등 다양한 의료 분야에 활용될 수 있어 스마트 셀프케어 관련 유망한 솔루션이란 평을 받고 있다. 하지만, 지속적인 배터리 전력 공급과 에너지 전달을 위한 부수적인 전선·회로 설치가 필요하다는 한계도 명확하다. 여러 생체전자기기들이 등장했지만 상용화 문턱을 넘지 못한 이유다. 

 

인체 매개 생체전자기기의 원리

인체 매개 생체전자기기의 원리

 

이 교수 연구팀은 일상생활 속에서 버려지는 전기 에너지를 생체전자기기에 전달할 수 있다는 점에 주목했다. 걷기, 뛰기, 물건집기나 스마트폰·노트북 등을 사용하는 것과 같은 신체 활동들은 교류 형태의 정전기나 전기장을 발생시키며 버려지는 전기 에너지를 만들어 낸다. 이러한 에너지는 생체조직 내 세포질과 세포외액에 유전분극을 일으키는 방식으로 인체를 통해 전달될 수 있다. 

 

이 교수팀은 인체를 통해 전달된 에너지 손실을 표적 부위에 집중시켜 무동력 전기자극과 약물 방출 치료를 할 수 있는 ‘인체 매개 생체전자기기’를 개발했다. 배터리나 전선이 없이 인체를 통해 생체전자기기를 구동하는 데 성공한 것이다. 

 

일상생활 속 무동력 전기자극 및 약물 방출 실증 사례

일상생활 속 무동력 전기자극 및 약물 방출 실증 사례

 

패치 형태로 구현된 인체 매개 생체전자기기는 기계적·전기적으로 최적화돼 있다. 생체적합성·피부접착성·이온확산성이 뛰어난 하이드로겔을 활용해 표적 부위에 미세전기장 집중을 유도한다. 피부에 부착하면 세포 활성화를 위한 미세전기장이 형성되고 하이드로겔에 저장한 약물 방출이 이뤄진다. 

 

이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 기초연구실 사업의 지원을 받아 진행된 것이다. 이 교수 연구팀과 홍진기 연세대 교수 연구팀이 공동으로 연구를 진행했다. 

 

이 교수는 “인체 매개 에너지 전달(Body-mediated energy transfer)을 활용해 배터리·전선과 같은 부수적인 제약을 없앤 이번 연구성과는 생체전자기기의 상용화 가능성을 보여줬다는 점에서 기대되는 성과”라고 말했다. 


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