[시사뉴스 정은주 기자] DGIST(총장 국양)는 로봇공학전공 이재홍 교수 연구팀이 체내 삽입이 가능하며 수술 부위에 직접 봉합돼 고정 및 사용이 가능한 봉합사형 유연 변형 센서를 개발했다. 이번 연구 성과는 체내 삽입형 전자소자를 직접 봉합이 가능한 형태로 개발한 첫 사례로, 기존 관련 기술의 고정 방식을 획기적으로 개선해 체내 삽입형 전자소자의 임상 적용을 앞당길 것으로 기대된다.
급속한 고령화와 다양한 질병 및 전염병의 증가로 인해 첨단의료 및 헬스케어 관련 기술 개발에 대한 수요는 전세계적으로 증가하고 있는 추세다. 특히, 고령화 및 범세계적인 스포츠 인구의 증가와 함께 인대, 힘줄 등 결합 조직 관련 질환이 급속하게 증가함에 따라, 이와 관련된 치료 및 재활에 대한 중요성이 대두되고 있다.
이러한 결합 조직은 개인에 따라 조직의 특성 및 재생 능력이 크게 다르기 때문에, 관련 치료 및 재활 시 환자 맞춤형 케어가 필수적이다. 이를 위해서는 재활 과정 중 조직의 움직임을 실시간으로 모니터링하는 과정이 필요하지만, MRI, 초음파 등 현재 임상 기술은 장기간으로 조직을 실시간 측정하기에 많은 어려움이 있다. 이러한 임상 기술의 한계를 극복하기 위해 최근 들어 다양한 형태의 체내삽입형 유연전자소자가 개발되고 있지만, 전자소자를 인체 내 목표 조직에 장기간 고정하기 어려워 임상 적용에 어려움을 겪어왔다.
이에 DGIST 이재홍 교수 연구팀은 봉합사형 체내 삽입 무선 스트레인 센서를 개발하였다. 제작된 무선 스트레인 센서는 소자 자체가 섬유형으로 구성돼, 전자소자이면서도 동시에 봉합사로 활용되어 수술 과정에서 조직에 효과적으로 고정될 수 있는 장점을 지니고 있다. 이는 기존 체내삽입형 전자소자를 임상에 적용하기 어려운 기술적 한계 중 하나로, 본 연구는 해당 한계를 극복하고 전자소자를 직접 봉합하는 개념으로 발전시킨 첫 사례다.
개발된 체내삽입형 스트레인 센서는 직접 봉합이 가능할 뿐만 아니라, 배터리가 필요 없는 수동형 무선 통신 시스템을 통해 무선으로 실시간 데이터 전송이 가능하다. 또한 센서 내부의 특수 구조를 기반으로, 같은 방식의 기존 센서 기술과 비교했을 때 월등히 높은 민감도를 보유하고 있음이 확인됐다. 추가적으로, 연구팀은 기존 유연전자소자의 기술적 문제 중 하나인 ‘요소간 전기적 연결 부위(납땜)’를 모두 제거하고, 전기적 연결이 추가적으로 필요 없는 무선 센서 시스템을 개발함으로써 유연 전자 소자의 상용화 측면에서 큰 장점을 확보했다.
개발된 봉합사형 체내삽입 스트레인 센서는 미니피그를 이용한 동물 실험을 통해 목표 조직(아킬레스건)에 효과적으로 봉합·고정됐고, 조직의 움직임을 실시간으로 측정할 수 있음이 증명됐다. 체내에 삽입 후 3주가 지난 이후에도 삽입된 무선 센서는 여전히 잘 동작하며 체내에서 장기간 동작하는데 높은 안정성을 보유하고 있음도 실험적으로 증명됐다.
DGIST 로봇공학전공 이재홍 교수는 “이번 연구결과를 통해 기존 체내삽입형 전자소자가 지닌 기술적 한계를 획기적으로 극복하고 관련 기술을 실제 임상에 적용하는데 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 DGIST 로봇공학전공 이재홍 교수가 주저자 및 교신저자로, 스위스 취리히연방공과대학(ETH Zurich)의 야노스 보로스(Janos Vörös)교수팀과의 국제 협력 연구를 통해 진행됐다. 연구 결과는 지난 1일 전자 분야 국제 최상위 학술지인 ‘Nature Electronics’에 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 DGIST의 지원으로 수행됐다.
