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GIST, 심장 자극·신호 감지 고성능·고안정성 유기생체전극 개발

발행일2018.04.17 14:13

국내 연구진이 심장세포 자극이나 박동신호를 감지할 수 있는 유기생체전극을 개발했다. 신체능력이나 중추신경계의 기능을 개선하는 신경보철기기 연구에 보탬이 될 것으로 보인다.

광주과학기술원(GIST·총장 문승현)은 윤명한·이광희 신소재공학부 교수 공동 연구팀이 심장세포 자극이나 박동신호를 감지할 수 있는 고성능·고안정성 유기생체전극을 개발했다고 17일 밝혔다.

연구팀은 플라스틱 전자소자에서 금속 대체 소재로 활용되는 물질인 '폴리:폴리스티렌술폰산(PEDOT:PSS)'을 용매에 침수시켜 물질의 결정화를 유도하는 용액매개결정화법으로 전기전도도와 전기화학활성도가 뛰어난 플라스틱 생체전극을 개발했다.

Photo Image<용액매개결정화법을 이용해 제작된 결정성 PEDOT:PSS 전극의 수용액침수 모습(가)과 수용액 침수 시간에 따른 결정화된 PEDOT:PSS의 전기전도도 변화 추이(나). (다)는 결정화된 PEDOT:PSS와 비교전극간의 세포생존율 비교 그래프.>

이렇게 개발한 생체전극은 침수 21일 후에도 높은 전기전도도를 나타냈다. 체외배양실험에서는 비교군과 세포생존율 차이가 나지 않는 높은 생체친화성을 보였다. 이를 활용하면 체내 부작용을 최소화 할 수 있는 1볼트(V) 미만의 저전압 전기자극으로 전극 표면에 직접 배양된 심근세포의 박동 횟수를 조절할 수 있다는 사실을 확인했다.

또 심근세포에서 발생하는 활동전위를 높은 신호대잡음비(SNR)로 탐지해 신호탐지 성능을 규명했다.

연구팀은 이번 연구 성과로 용액공정 유기물 기반의 생체전극에서 문제점으로 지적돼온 체내 구동 시 취약한 물질안정성을 확보했다. 기존 전극 대비 구동 성능도 개선해 고성능 플라스틱 생체전자기기 개발을 위한 새로운 접근법도 제시했다.

윤명한 교수는 “유기생체전극은 생체 신호를 획득해 의공학적 응용도가 높은 기술이하지만 물질의 안정성이 확보되지 않아 대면적 및 유연소자 제작이 어려웠다”면서 “간단한 방법으로 고성능·고안정성 전도성 유기생체전자소자를 개발해 차세대 의공학기기 발전에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

Photo Image<이광희 GIST 교수.>
Photo Image<윤명한 GIST 교수.>

광주=김한식기자 hskim@etnews.com

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