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황석원 교수팀, 스스로 치유되는 생분해성 바이오 전자 시스템 개발
2024.09.25 Views 446
스스로 치유되는 생분해성 바이오 전자 시스템 개발
황석원 교수팀 연구결과, Science Advances 논문 게재
▲왼쪽부터 장태민 박사, 한원배 박사, 황석원 교수 (교신저자)
황석원 교수팀 연구결과, Science Advances 논문 게재
▲왼쪽부터 장태민 박사, 한원배 박사, 황석원 교수 (교신저자)
□ 고려대학교(총장 김동원) KU-KIST 융합대학원 황석원 교수팀은, 자가치유가 가능한 생분해성 탄성 고분자 및 전도성 복합체를 개발하고, 이 소재들을 이용해서 방광질환의 진단 및 치료용 전자소자를 개발했다. 이번 연구는 유연/신축성 및 내구성을 요구하는 다양한 생분해성 전자시스템에 응용되어, 바이오의료 기능의 안정적 제공과 실용성을 확보하는 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.
□ 이번 연구결과는 세계적인 학술지 ‘Science Advances (IF=11.7)’지에 9월 5일 온라인 게재되었다.
* 논문명 : Stretchable and biodegradable self-healing conductors for multifunctional electronics
* 저널명 : Science Advances (Sci. Adv. 10, 2024, eadp9818)
□ 자가치유 기능은 생물체의 재생기능과 같이 재료나 소자가 외부 충격이나 손상으로부터 스스로 복구하는 능력을 말한다. 이 기능은 손상이 발생해도 수리나 교체 없이 스스로 회복할 수 있어 기기의 수명을 연장하고 유지 보수를 줄일 수 있는 장점이 있다. 특히 신체와 결합하여 다양한 환경에서 지속적으로 작동하면서, 손상 시 신속한 복구가 필수적인 의료용 장치, 웨어러블 기기, 센서 등에서 중요한 역할을 할 수 있다. 기기들을 더 안정적이고 효율적으로 작동할 수 있게 함으로써, 사용자에게 더 높은 신뢰성을 제공할 수 있는 혁신적인 기술인 셈이다.
□ 이번 연구에서는 생분해성 고분자 재료와 가역적 결합을 갖는 재료를 기반으로 자가치유가 가능한 생분해성 탄성 고분자를 합성하고, 전도성 고분자에 다양한 첨가제를 넣어서 자가치유가 가능한 전도성 복합체를 개발했다. 그리고, 두 소재의 물리/화학적 결합을 통해 강하게 결합시키고, 전기화학적 안정성이 매우 뛰어나면서 빠른 회복속도의 자가치유 기능을 갖는 생분해성 탄성 전도체를 세계 최초로 개발하는데 성공했다. 이 소재는 절단 후에 약 1000 S/cm의 높은 전도도를 30초 안에 회복할 수 있고, 기계적 성능은 상온에서 약 12시간 안에 완벽히 (100%) 회복할 수 있다.
□ 이번 연구결과는 세계적인 학술지 ‘Science Advances (IF=11.7)’지에 9월 5일 온라인 게재되었다.
* 논문명 : Stretchable and biodegradable self-healing conductors for multifunctional electronics
* 저널명 : Science Advances (Sci. Adv. 10, 2024, eadp9818)
□ 자가치유 기능은 생물체의 재생기능과 같이 재료나 소자가 외부 충격이나 손상으로부터 스스로 복구하는 능력을 말한다. 이 기능은 손상이 발생해도 수리나 교체 없이 스스로 회복할 수 있어 기기의 수명을 연장하고 유지 보수를 줄일 수 있는 장점이 있다. 특히 신체와 결합하여 다양한 환경에서 지속적으로 작동하면서, 손상 시 신속한 복구가 필수적인 의료용 장치, 웨어러블 기기, 센서 등에서 중요한 역할을 할 수 있다. 기기들을 더 안정적이고 효율적으로 작동할 수 있게 함으로써, 사용자에게 더 높은 신뢰성을 제공할 수 있는 혁신적인 기술인 셈이다.
□ 이번 연구에서는 생분해성 고분자 재료와 가역적 결합을 갖는 재료를 기반으로 자가치유가 가능한 생분해성 탄성 고분자를 합성하고, 전도성 고분자에 다양한 첨가제를 넣어서 자가치유가 가능한 전도성 복합체를 개발했다. 그리고, 두 소재의 물리/화학적 결합을 통해 강하게 결합시키고, 전기화학적 안정성이 매우 뛰어나면서 빠른 회복속도의 자가치유 기능을 갖는 생분해성 탄성 전도체를 세계 최초로 개발하는데 성공했다. 이 소재는 절단 후에 약 1000 S/cm의 높은 전도도를 30초 안에 회복할 수 있고, 기계적 성능은 상온에서 약 12시간 안에 완벽히 (100%) 회복할 수 있다.
□ 더 나아가, 연구진은 이 소재를 이용해, 방광의 근육 움직임을 모니터링하고 전기자극을 통해 배뇨를 유도할 수 있는 부드럽고 자가치유가 가능한 전자 시스템을 개발했다. 이 시스템은 방광 근육의 활동을 기록하고 전기 자극을 제공하는 전극, 그리고 방광 내부 압력을 측정하는 센서로 구성되며, 이 모든 장치는 SH-CC/SH-PLCL로 만들어졌으며, 수술을 용이하게 하고 출혈에 의한 감염을 막고자 비봉합 결합이 가능하도록 소자를 설계했다.
□ 최종적으로, 제작된 전자소자는 방광의 팽창과 수축 하에서도 배뇨 신호를 효과적으로 감지할 수 있었고, 전기 자극을 통해 자연스러운 배뇨도 성공적으로 유도할 수 있었다. 또한, 다양한 이유로 발생할 수 있는 기계적 손상을 모사하고자 소자에 의도적으로 손상을가했음에도 불구하고, 단 5초 만에 원래의 기능을 회복하는 놀라운 자가치유 기능을 보였다.
□ 고려대 황석원 교수는 “이번 연구결과에서 자가치유 가능한 생분해성 탄성 고분자와 전도성 복합체 기반으로 개발된 자가치유 탄성 전도체는 손상 시 외부의 수리 없이 물리적/전기적 성능이 자체 복구되며, 일정 기간 후 생체 환경에서 자연 분해되기 때문에, 생체 삽입형 전자 장치, 친환경 전자 소자, 의료 및 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서 소자의 성능과 안정성을 크게 향상시키는데 활용될 것”이라고 기대했다.
□ 이번 연구는 한국연구재단 개인기초연구 중견후속사업과 STEAM 연구사업(미래유망융합기술파이오니어)의 지원을 받아 수행됐다.
□ 최종적으로, 제작된 전자소자는 방광의 팽창과 수축 하에서도 배뇨 신호를 효과적으로 감지할 수 있었고, 전기 자극을 통해 자연스러운 배뇨도 성공적으로 유도할 수 있었다. 또한, 다양한 이유로 발생할 수 있는 기계적 손상을 모사하고자 소자에 의도적으로 손상을가했음에도 불구하고, 단 5초 만에 원래의 기능을 회복하는 놀라운 자가치유 기능을 보였다.
□ 고려대 황석원 교수는 “이번 연구결과에서 자가치유 가능한 생분해성 탄성 고분자와 전도성 복합체 기반으로 개발된 자가치유 탄성 전도체는 손상 시 외부의 수리 없이 물리적/전기적 성능이 자체 복구되며, 일정 기간 후 생체 환경에서 자연 분해되기 때문에, 생체 삽입형 전자 장치, 친환경 전자 소자, 의료 및 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서 소자의 성능과 안정성을 크게 향상시키는데 활용될 것”이라고 기대했다.
□ 이번 연구는 한국연구재단 개인기초연구 중견후속사업과 STEAM 연구사업(미래유망융합기술파이오니어)의 지원을 받아 수행됐다.
