4월 과학기술인상, 성균관대 손동희 교수 선정

- 주사 방식으로 생체조직에 이식하여 손상 조직 재생 돕는 조직보철 연구
- 바느질 없이 심장에 부착하는 전자스티커로 심혈관질환 정밀 진단 및 치료

과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 이광복, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 4월 수상자로 성균관대학교 전자전기공학부 손동희 교수를 선정했다고 지난달 3일 밝혔다.
  ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 상이다. 손동희 교수는 손상된 신경 및 근육, 심혈관 조직에 간편하게 접착하여 장기간 안정적인 인터페이싱1)1) 인터페이싱(interfacing): 신경·근육 등 생체조직에 부착한 전자소자가 이들 조직의 움직임을 방해하지 않고, 생체신호를 고민감도로 측정하거나 전기신호를 보내 조직의 재생을 돕는 일련의 작용을 의미함.
이 가능한 신축성 바이오 전자소자 시스템을 개발하여 로봇보조 기반의 보행재활기술을 최초로 구현한 공로를 인정받았다.
  근육과 신경이 심각하게 손상된 경우 초기에 적절한 치료를 받지 못하면 기능적 결손과 장애가 발생할 수 있다. 이에 손상 조직의 회복을 촉진하는 체내 이식형 소자와 보행보조로봇 같은 웨어러블 장치를 통합한 바이오 전자소자 시스템 개발이 활발하다. 하지만 기존 시스템은 소재의 유연성과 내구성이 부족하여 이식 후 생체조직에 염증을 유발하는 등 어려움이 있었다.
  손동희 교수는 생체조직처럼 부드럽고, 신축성과 접착성이 우수하며, 전기 저항이 작아 근육과 신경의 신호를 잘 전달하는 하이드로젤 전극소재 및 전자소자를 개발하였다. 나아가 이들을 주사로 생체에 이식하는 방법과 바이오 전자스티커로 피부에 부착하는 두 가지 방법으로 ‘생체조직에 인터페이싱 가능한 신축성 바이오 전자소자 시스템’을 개발했다.
  먼저 주사형 시스템으로 앞다리 근육이 심하게 손상된 실험쥐에 전도성 하이드로젤을 주사한 후 근조직 재생 효과를 확인하였다. 또한 근조직이 손상된 실험쥐의 말초신경에 전기 자극을 주고, 이때 발생한 근전도 신호로 보행보조로봇을 작동시켜 재활을 돕자 실험쥐는 3일 만에 정상적 보행이 가능해졌다. 연구내용은 네이처(Nature)에 2023년 11월 발표됐다.
  또한 스티커형 시스템으로 수축과 이완을 반복하는 동물의 심외막에 수술을 통한 바느질 없이 접착성이 우수한 바이오 전자스티커를 장기간 부착하는 데 성공하였다. 실험결과 바이오 전자스티커는 한 달 동안 안정적으로 심전도를 계측하여 부정맥 등 심전도 진단과 전기자극을 통한 효과적인 심박조율이 가능함을 증명하였다. 관련성과는 2023년 9월 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 소개됐다.
  손동희 교수는 “주사형과 스티커형 바이오전자소자 시스템 원천기술을 개발하고 실험을 통해 심혈관계와 신경근계 중증 질환 정밀 진단과 재생·재활 치료 효과가 향상됨을 확인하였다”며 “향후 장시간 안정적인 전기생리학적 신호 계측 및 자극 성능을 갖는 차세대 전자약으로 발전시켜 체내 다양한 장기의 정밀 진단 및 치료에 도움을 주고 싶다”고 밝혔다.

[주요 연구성과 설명]

<생체조직 인터페이싱 가능한 신축성 바이오전자소자 시스템 개발>

ㅇ 주사형 신축성 바이오전자시스템 이용한 조직 보철과 조기보행재활 기술 개발
히알루론산 소재에 금 나노입자를 투입해 높은 전기전도도를 갖는 하이드로젤 소재를 개발하였다. 주사 방식은 기존에 이식이 어려웠던 복잡하고 작은 신경 및 근육 조직에 효과적으로 적용 가능해 조직 재생 효율을 극대화하였다. 또한, 자가치유성 신축성 전자소자 표면에 코팅하여 신경 및 근육에서 전기자극 및 생체신호 계측이 용이하며, 이를 기반으로 조직 보철 및 로봇 기반의 조기보행재활이 가능하게 하였다.

ㅇ 심혈관계 질환 정밀 진단 및 치료를 위한 심장 접착 가능한 스티커형 바이오전자소자 시스템 기술
부드럽고 응력 완화 특성이 뛰어난 네트워크 구조의 자가치유성 신축성 고분자 기판, 조직접착 하이드로젤 및 액체금속 기반 복합체 전극의 3중층 구조를 갖는 패치형 바이오전자소자 시스템을 개발하였다. 조직 접착능 및 기계적 복원력을 기반으로 바느질 없이 심장에 부착이 가능하다. 또한, 신축성이 우수한 액체금속 기반의 전도성 복합체와 하이드로젤 간의 금속배위결합을 통해 전하전달능력이 개선되는 것을 이론적 원리 및 실험으로 규명하였다. 우수한 기계적/전기적 특성을 기반으로, 심근경색 및 부정맥 진단 및 치료가 효과적으로 가능함을 입증하였다.

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2024년 5월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>

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