△ 차세대 의료기기 기술이 잇따라 개발되고 있다.

국내에서 차세대 의료기기 기술을 잇따라 개발해 상용화 기대감을 높이고 있다.

17일 학계 등에 따르면 국내 연구진이 초민감 전자피부용 압력센서, 고감도 치매 바이오센서, 미니 장기 제조용 바이오프린팅 기술 등을 개발하는데 성공했다.

대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 이윤구 교수팀은 최근 전북대 기계공학과 임재혁 교수팀과 함께 인간의 뇌에서 신호를 주고받는 방식을 본떠 만든 압력 센서를 개발했다.

이 기술은 AI기반 디지털 헬스케어 기기와 같은 미래형 기기에 적용될 수 있으며 투명성과 물리적인 유연성까지 갖추어 투명디스플레이나 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

뇌는 뉴런과 아교세포가 협력해 복잡하고 빠르게 신호를 전달한다.

연구팀은 이 구조를 본떠 나노입자들로 이루어진 네트워크를 만들어 작은 압력에도 민감하게 반응하는 압력센서를 설계했다.

이번에 개발된 압력센서는 아주 민감할 뿐 아니라 투명하고 유연하다. 

심박수와 손가락 움직임 같은 작은 변화는 물론, 물방울의 압력까지도 감지할 수 있다.

또 1만번 이상 사용해도 안정적으로 작동하며 뜨거운 환경이나 습기가 많은 환경에서도 성능이 떨어지지 않는다.

연구팀은 센서 구동에 대한 기초적인 메커니즘 연구를 지속해 향후 인간의 피부를 모사한 인공 촉각 센서의 개발과 투명디스플레이의 상용화를 위한 기술개발로 확장할 수 있을 것으로 기대했다.

광운대학교 전자융합공학과 심준섭 교수팀은 최근 고가의 포토리소그래피 공정 없이 미세한 금속 패턴을 제작할 수 있는 기술을 개발하고 이를 바이오센서 개발에 적용해 혈액 속 치매 마커의 농도를 높은 민감도로 측정하는데 성공했다.

연구팀은 이번에 개발된 개발된 기술을 통해 미세한 금속 패턴을 이용해 제작되는 고감도 바이오센서를 한번 사용하고 버릴 수 있는 일회용 제품 형태로 제작했다.

연구팀은 미세한 패턴이 형성된 금형을 사용해 반복적으로 플라스틱 기판에 미세 패턴을 찍어낼 수 있도록 했다.

그 후 플라스틱 기판을 금속 박막으로 코팅하고, 그 위에 테잎을 붙여 금속 박막이 테잎과 맞닿도록 했다.

이때 미세 패턴이 형성된 곳은 기판안으로 패여있기 때문에 테잎과 닿지 않게되고 테잎을 떼어내게 되면 테잎과 닿지 않은 미세패턴에는 금속이 남아 있게 된다.

이를 통해 플라스틱 기판에 미세한 금속 패턴을 제작할 수 있었고 이를 치매 진단을 위한 바이오센서에 적용해 2종의 치매 마커를 각각 3.9 pg/ml과 7.81 pg/ml의 낮은 농도까지 측정할 수 있었다.

연구팀은 치매 마커를 측정할 수 있는 높은 민감도의 바이오센서를 한번 사용하고 버릴 수 있는 형태로 제작하기 위해 포토리소그래피가 필요없는 반도체 미세 패터닝 기술을 개발, 바이오센서 뿐만 아니라 미세 금속 패턴이 요구되는 반도체, 디스플레이, 센서등 다양한 전자 기기 개발에 적용될 수 있을 것으로 내다봤다.

한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 이병철 책임연구원팀은 최근 전자재료연구센터 백승협 책임연구원, 고려대 김태근 교수와 공동으로 압전물질(기계적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 물질)을 활용해 기존보다 두께가 얇으면서도 성능은 높인 바이오잉크용 잉크젯 프린트 헤드를 개발했다.

바이오프린팅은 세포와 하이드로젤 같은 바이오잉크를 사용해 인체 조직이나 장기 같은 3차원(3D) 구조물을 제작하는 기술이다.

생체 재료를 쓰는 만큼 잉크젯 장비의 발열에 민감하고, 대부분 하나의 바늘을 가지는 주사기 형태 정도에 머물러 제작에 오랜 기간이 걸리는 게 기술의 한계점으로 여겨져 왔다.

연구팀은 전기에 따라 압력이 변하는 물질인 압전물질 중 하나인 'PMN-PZT' 박막을 재료로 사용해 자유롭게 조절할 수 있는 16개 잉크 토출부를 0.3㎜ 간격으로 배치한 프린트 헤드를 개발했다.

박막 형태로 잉크젯 두께를 줄여 하이드로젤을 기존 대비 2분의 1 수준인 지름 32마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 크기로 출력하는 데 성공했으며, 출력 속도도 초당 1.2m로 빨라졌다고 연구팀은 설명했다.

또 발열을 기존 잉크젯 대비 73.4% 줄여 출력할 때 온도 상승을 3.2도 이내로 억제해 동작 온도를 30도 이하로 유지함으로써 바이오잉크 변성을 최소화했다.

연구팀은 고해상도 3D 오가노이드 장기 모델 제작에 대한 가능성을 높였다으며 젤라틴 등 다양한 바이오잉크를 시도해 실제 이식 치료 및 독성 평가에 적용이 가능한 장기를 만들 수 있는 3차원 바이오프린터를 상용화할 계획이다.

강찬우 기자