IBS 연구팀 심혈관계 질환 진단·치료 '전자 심장패치' 기술 개발

국내 연구진이 심혈관계 질환 진단과 치료에 사용할 수 있는 심장 접착 전자 패치 기술을 개발했다. 바느질에 기반한 봉합술을 뛰어넘어 다양한 활용이 기대된다.

2일 기초과학연구원(이하 IBS)에 따르면 뇌과학이미징연구단 손동희 교수(성균관대 전자전기컴퓨터공학과)와 신미경 교수(성균관대 글로벌바이오메디컬공학과) 공동연구팀은 장기간 안정적으로 심혈관계 질환을 진단·치료하는 부드러운 신축성 심장 접착 전자 패치 기술을 개발하고 동물 실험을 통해 심혈관계 질환 진단과 전기자극 치료에 성공했다.

그동안 과학기술계는 심장의 반복적인 수축과 이완 운동에도 안정적으로 구동하는 체내 이식형 전자소재를 만들기 위해 다양한 소재를 개발했다. 그러나 신축성과 전도성을 동시에 지니기 위해 고체 상태의 전도성 첨가제를 넣은 고분자 복합소재는 고분자 본연의 기계적 특성을 잃어버리고 딱딱하게 변성돼 심장 조직 표면을 압박 없이 감싸는 데 어려움이 있었다. 장기간 안정적으로 심전도를 기록하기 어려운 데다 반복적인 심장 움직임에 소자를 고정하는 바느질 기반의 봉합술이 필수였다.

IBS 연구팀이 이번에 개발한 기술은 이 같은 한계를 모두 보완한다. 부드러우면서도 신축성을 갖는 네트워크 구조의 자가치유 고분자 기판층과 심장에도 접착 가능한 하이드로젤층, 내구성이 뛰어난 액체 금속 필러-자가치유 고분자 복합체 전극층으로 구성된 심장 전자 패치다. 반복적인 심장 박동에도 바느질 없이 심외막에 빠르게 안정적으로 부착 가능하다.

심장조직에 손상을 주지 않으면서 장기간 안정적으로 부착돼 구동 가능한 심장 패치 기술. IBS 제공

개발된 패치는 정확한 심장 신호를 획득할 수 있는 우수한 성능을 자랑한다. 동물 실험 결과 한 달 동안 신호 유실 없이 심전도 계측이 가능한 것을 확인했으며 부정맥과 급성심근경색을 나타나는 심전도 진단에도 성공했다. 또 전기자극을 통해 효과적으로 심박조율이 가능한 것을 확인해 패치가 양방향성 심장 패치인 것을 증명했다.

신동희 교수

이번 연구를 통해 개발된 심장 접착 전자 패치는 뛰어난 심전도 계측과 자극성능을 보유해 새로운 형태의 바이오 전자소재 플랫폼을 제시하며 관련 응용 분야 확대에도 기여할 것으로 기대된다.

손동희 교수는 "이번 연구에서 개발된 바이오 전자 스티커 패치 기술은 심혈관계 중증 질환의 정밀 진단과 치료 효과를 크게 개선할 수 있을 것으로 기대되며 나아가 인체 내 다양한 장기에 차세대 전자약으로 응용될 수 있다"고 말했다.

신미경 교수

신미경 교수는 "우리 몸에 혈액을 공급하기 위해 매우 중요한 역할을 하는 심장에 바느질 없이 적용할 수 있는 의료전자소재와 소자를 구현한 것"이라며 "인체 조직과 매우 유사한 기계적 물성을 갖도록 구성된 고분자, 액체금속 등 조합을 통해 얻어낸 것이 의미가 크다"고 말했다. 이어 "심장뿐 아니라 뇌, 신경, 근육 등 다양한 장기에 적용할 수 있는 바이오 전자 플랫폼으로 활용 가능할 것으로 기대된다"고 설명했다.

한편 이번 연구는 '네이처 일렉트로닉스'지 온라인판에 9월 2일 자로 게재됐다. 임효인 기자