대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 이재홍 교수 연구팀은 체내 삽입이 가능하며 수술 부위에 직접 봉합돼 고정 및 사용이 가능한 봉합사형 유연 변형 센서를 개발했다고 밝혔다.
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 전 세계적으로 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 이 교수 연구팀은 봉합사형 체내 삽입 무선 스트레인 센서를 개발했다.
제작된 무선 스트레인 센서는 소자 자체가 섬유형으로 구성돼 전자소자이면서도 동시에 봉합사로 활용돼 수술 과정에서 조직에 효과적으로 고정될 수 있는 장점을 지니고 있다.
이는 기존 체내삽입형 전자소자를 임상에 적용하기 어려운 기술적 한계 중 하나로, 이번 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.
또 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.
이 교수는 "이번 연구결과를 통해 기존 체내삽입형 전자소자가 지닌 기술적 한계를 획기적으로 극복하고 관련 기술을 실제 임상에 적용하는데 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
