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Apr 21, 2023

기술자

국내 연구진, 그래핀 기반 개발

한국의 연구원들은 주입성과 조정 가능한 분해성을 갖춘 그래핀 기반 전도성 하이드로겔을 개발했으며, 이는 첨단 이식형 생체 전극의 설계 및 개발을 촉진한다고 주장됩니다.

이식 가능한 생체 전극은 살아있는 생물학적 시스템과 신호를 전송하여 생물학적 활동을 모니터링하거나 자극할 수 있는 전자 장치입니다. 이러한 장치는 다양한 재료와 기술을 사용하여 제작할 수 있으며 성능과 생체 적합성에 적합한 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 현재까지 기존의 금속 기반 생체 전극은 고통스러운 절개, 조직 염증, 비효율적인 신호 전달 및 살아있는 생물학적 시스템의 통제되지 않은 안정성과 관련이 있습니다.

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전도성 하이드로겔은 유연성, 상용성, 우수한 상호작용 능력으로 인해 주목을 받았지만 주입성과 분해성이 부족하여 생물학적 시스템에서의 사용 편의성과 성능이 제한되었습니다.

광주과학기술원(GIST) 이재영 교수팀이 이러한 난관을 극복한 그래핀 기반 주사형 전도성 하이드로겔(ICH)을 개발했다. 팀의 조사 결과는 Small에 자세히 설명되어 있습니다.

이 교수는 성명에서 "기존의 이식형 전극은 이식을 위한 큰 절개 및 신체의 제어되지 않는 안정성과 같은 여러 가지 문제를 자주 발생시킨다"고 말했다. 반면에 전도성 하이드로겔 소재는 최소 침습적 전달을 허용하고 생체 전극의 기능적 생체 내 수명과 생체 내 수명을 제어할 수 있다. 따라서 매우 원하는 것입니다."

ICH를 합성하기 위해 연구진은 넓은 표면적과 바람직한 전기적 및 기계적 특성으로 인해 전도성 성분으로 티올 기능화 환원 그래핀 산화물(F-rGO)을 사용했습니다. 그들은 각각 안정하고 가수분해 가능한 ICH의 개발을 촉진하기 위해 디말레이미드(PEG-2Mal) 및 디아크릴레이트(PEG-2Ac) 기능화 폴리에틸렌 글리콜을 프리폴리머로 선택했습니다. 그런 다음 이러한 예비중합체를 폴리(에틸렌 글리콜)-테트라티올(PEG-4SH) 및 F-rGO와 티올-엔 반응에 적용했습니다.

GIST에 따르면, PEG-2Ac로 만들어진 ICH는 분해성(DICH)인 반면, PEG-2Mal로 만들어진 ICH는 안정적(SICH)이었습니다. 연구자들은 새로운 ICH가 조직에 잘 결합하고 가장 높은 신호를 기록함으로써 기존 ICH보다 성능이 우수하다는 것을 발견했습니다. 시험관 내 조건에서 SICH는 한 달 동안 분해되지 않은 반면, DICH는 3일차부터 점진적인 분해를 보였습니다.

마우스 피부에 이식했을 때 DICH는 투여 3일 후에 사라지는 반면, SICH는 최대 7일 동안 모양을 유지했습니다. 제어된 분해성 외에도 두 ICH 모두 피부에 적합했습니다.

또한, 연구팀은 쥐의 근육과 피부에서 생체 내 근전도 신호를 기록하는 ICH의 능력을 평가했습니다. SICH와 DICH 모두 고품질 신호를 기록해 기존 금속 전극의 성능을 뛰어넘었다고 한다.

SICH 기록은 최대 3주까지 모니터링할 수 있었지만 DICH 신호는 5일 후에 완전히 손실되었습니다. 이러한 발견은 장기간 신호 모니터링을 위한 SICH 전극의 적용 가능성과 수술적 제거가 필요하지 않은 임시 사용을 위한 DICH의 적용 가능성을 시사합니다.

Lee 교수는 “우리가 개발한 새로운 그래핀 기반 ICH 전극은 높은 신호 감도, 사용 단순성, 최소 침습성 및 조정 가능한 분해성과 같은 기능을 통합하고 있습니다.”라고 말했습니다. "모두 합쳐서 이러한 특성은 신경근 질환 및 신경 장애와 같은 다양한 의학적 상태에 대한 고급 생체 전자 공학 및 기능성 이식형 생체 전극의 개발에 도움이 될 수 있습니다."