▲ 생체 적합성을 가진 부드러운 시트 형 생체 신호 증폭 회로 (左부터)젤 전극의 확대도,시트형 생체 신호 증폭 회로, 단면 모식도 (출처 : 일본 과학 기술 진흥기구).

일본 연구진이 염증반응이 매우 적어 장기간 체내 삽입이 가능한 시트형 생체전위 센서를 개발했다. 미약한 전위를 잡아낼 수 있어 심장에 붙여 예기치 못한 심질환등을 잡아내는 등 의료기기로의 다양한 응용이 기대된다.

일본과학기술진흥기구(JST)는 최근 소메야 다카오 도쿄대 교수와 세키야 타케시 오사카대학 공동연구팀은 체내속에서 미약한 생체활동 전위 측정이 가능한 ‘유기증폭회로시트(시트타입 생체전위센서)’를 개발했다고 밝혔다.

그동안 생체내장형 전자장치는 실리콘과 같은 딱딱한 소재로 만들어져와 생체와의 친화성을 높이기위한 유연한 유기물질을 의료기기에 이용하는 연구개발이 진행되고 있었다.

그러나 생체내의 면역계에 의한 거부 염증 반응으로 장기간 생체 내에서 안정적인 생체신호의 감지가 어려워 생체친화성이 높은 전극재료의 개발이 요구되고 있었다.

이에 연구진은 생체적합성, 유연성, 전도성이 뛰어난 새로운 젤소재 개발했다. 이를 두께 1μm의 얇은 유기박막 트랜지스터와 결합시켜 생체적합성이 뛰어난 시트형 전위센서를 실현했다.

새로운 젤 소재는 포리로타키산이라는 하이드로겔에 카본 나노튜브(CNT)를 균일하게 혼합해 도전성을 갖게 했다. CNT는 표면에 뭉치기가 쉬워 분산하는 기술이 어려운 점으로 지적되는데 연구진은 기술을 가지고 성공했다.

도전화된 젤은 영률(세로탄성계수)10kPa, 100mS / cm 2의 어드피던스(교류 회로내 전류의 흐름정도)를 가진다.

연구팀은 “기존 생체내장형 전자장치에 사용되던 금속전극에 비해 염증반응이 매우 적은 재료”라며 해당 젤소재의 생체 적합성, ISO10993-5 (세포 독성 시험) / ISO10993-6 (생체 장기 매입 시험)에 따른 4주간의 생체 내 임베디드 시험을 실시한 결과, 염증 반응이 매우 작은 재료 있는 것이 확인 됐다고 밝혔다.

연구팀은새로운 젤 소재를 이용해 전극과 두께 1μm의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)위에 유기박막 트랜지스터 증폭회로를 결합해 시트형 생체 전위 센서 작성만들었다. 해당회로의 증폭률은 주파수 대역 100Hz에서 100배, 1000Hz에서 10배를 보인다.

또한 연구팀은 심장질환이 있는 쥐의 심장에 시트형 생체전위 센서를 붙여 비정상적인 심전도와 정상적인 심정도를 측정해 심근경색부위에 정확하게 식별하는 시험 실증에 성공했다.

연구팀은 "장기에 직접 붙여도 염증 반응이 매우 작기 때문에 질환으로 약해진 장기에 최소한의 부하만 있을것으로 기대된다“며”향후 시트형 생체 전위 센서로 조기에 질병을 발견하고 치료에 활용 해 나가는 등 차세대 의료 기기 로 다양한 응용이 기대된다 "고 밝혔다.

한편, 해당 연구는 JST(일본과학기술진흥기구)의 창조연구추진 사업의 일환으로 연구성과는 4월29일자 영국 영국 Nature Communications 지에 게재됐다.