성균관대학교와 경희대학교 공동연구팀이 22일 빛으로 체내 삽입형 의료기기를 제어할 수 있는 무선 전기자극 시스템을 개발했다. 심장 박동 조절부터 신경 자극 치료까지 다양한 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

성균관대는 이날 화학공학부 김종욱 교수와 반도체융합공학과 유재영 교수 연구팀이 경희대 진성훈 교수 연구팀, 미국 노스웨스턴대 존 로저스 교수 연구팀과 공동으로 '생분해성 무선 전기자극 시스템'을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구는 머리카락보다 얇은 수 마이크로미터(㎛) 두께의 박막 실리콘 광스위칭 소자를 활용한 것이 특징이다. 광스위칭 소자는 빛을 받으면 전류를 흐르게 하거나 차단하는 장치로, 연구진은 이를 생분해성 무선 전기자극 회로에 적용했다.

전기자극 치료는 치료 부위와 목적에 따라 자극 세기와 전기 신호 형태인 '파형'을 정밀하게 조절하는 것이 중요하다. 그러나 기존 생분해성 무선 전기자극 장치는 단순한 단상형 펄스만 생성할 수 있어 다양한 치료 목적에 맞는 자극 구현에 한계가 있었다.

연구팀은 박막 실리콘 광스위칭 소자를 개발한 뒤 생분해성 회로에 결합하고, 피부를 통과할 수 있는 근적외선 LED를 외부에서 조사했다. 그 결과 빛의 세기에 따라 체내 장치의 전기자극 파형이 정밀하게 변화하는 것을 확인했다.

이는 몸속에 삽입된 의료기기를 별도의 전선이나 배터리 연결 없이도 외부에서 비접촉 방식으로 제어할 수 있다는 의미다.

연구진은 개발된 시스템을 이용해 심장 박동 조율, 횡격막 근육 수축을 유도하는 신경 자극, 통증 완화를 위한 고주파 신경 차단 치료 등을 구현하는 데 성공했다.

특히 치료 목적에 따라 다양한 전기 자극 파형을 맞춤형으로 생성할 수 있어 향후 체내 삽입형 의료기기의 활용 범위를 크게 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.

김종욱 성균관대 교수는 "외부에서 비추는 빛을 이용해 기존 생분해성 바이오 전자장치가 가진 기술적 한계를 극복한 연구"라며 "환자 상태에 맞춘 정밀 맞춤형 전기자극 치료 시스템으로 발전할 수 있다는 점에서 의미가 크다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 성균관대 김종욱 교수와 금오공대 서승기 교수가 공동 제1저자로 참여했으며, 성균관대 유재영 교수와 경희대 진성훈 교수, 미국 노스웨스턴대 존 로저스 교수가 교신저자로 참여했다.

연구 결과는 전자공학·재료과학 분야 국제학술지인 '네이처 일렉트로닉스'에 게재됐다.

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