송강일 박사 "신경계 질환 치료ㆍ재활 기여할 것"
기계적 변형에 대한 높은 내구성을 지니는 신축성 전자 소재 기반 피로 저항성 말초신경 보철기기(Durable and Fatigue‐Resistant Soft Peripheral Neuroprosthetics for In Vivo Bidirectional Signaling)가 개발됐다.
대구경북첨단의료산업진흥재단은 송강일 박사가 성균관대학교 손동희 교수, 서울대학교 현택환ㆍ김대형 교수팀과 공동연구를 통해 이 같은 성능의 말초신경 보철기기’를 개발했다고 21일 밝혔다.
또한 권위 있는 국제학술지인 어드번스드 머테리얼스(Advanced materials, IF:27.398)의 표지논문(frontispiece)을 장식했다고 21일 밝혔다. 어드번스드 머테리얼스는 재료 분야에서는 상위 1%로 인용되는 최상위 권위지이다.
신경보철기기는 신경과 연결시켜 전기적 신호를 수집하고 자극을 전달하는 장치로 신경계 질병 치료에 이용돼 왔다.
그러나 말초신경에 사용할 경우 주변 근육이 계속해서 수축-이완 운동을 하면서 보철기기에 반복적이고 극심한 움직임의 영향을 주고 이로 인해 전기적 성능이 저하되는 한계를 갖고 있었다.
이러한 가운데 이번에 개발된 말초신경 보철기기는 신축성 자가치유 고분자 및 금 나노껍질과 은 마이크로입자를 활용해 극심한 기계적 피로 상황에서도 안정적인 전기적 성능을 유지하고, 동시에 딥 뉴럴 네트워크(Deep Neural Network)를 적용하여 움직임 상황의 보행상태를 예측하는데 성공한 것이다.
송강일 박사가 공동 개발한 말초신경보철은 신축성 자가치유 고분자 및 금 나노껍질로 코팅된 은 마이크로입자를 활용해 개발됐다.
우수한 생체적합성과 높은 기계적ㆍ전기적 내구성을 갖는 피로저항성 전자재료를 합성해, 개발한 소재는 금 나노껍질과 은 마이크로 입자로 구성된 전도성 입자들이 기계적 응력 하에서 동적 재배열하는 특성이 있어 전도성을 자발적으로 회복할 수 있다.
또한 피로 저항성 전자재료 기반의 신경보철기기를 쥐의 좌골신경에 이식해 5주 동안 관찰한 결과, 외부로부터의 기계적 자극에 대한 감각신경신호를 안정적으로 획득했으며, 기기를 통해 전기 자극을 줘 다리의 움직임을 만들어냈다.
이러한 양방향 신경신호 수집 및 자극 기능은 쥐가 깨어있는 상태에서도 안정적으로 유지됐으며, 기계적 변형으로 인해 기능이 저하되었다가도 자발적으로 회복 가능한 것도 입증했다.
더 나아가 연구팀은 딥 뉴럴 네트워크(Deep Neural Network) 분석 기술을 도입, 신경보철기기를 통해 수집한 신경신호로부터 쥐의 보행상태를 예측해냈다.
송강일 박사는 “신경 보철의 현실적 적용 한계를 개선하는 혁신적인 신경인터페이스를 개발한 것으로, 신경계 질환의 치료 및 재활에 큰 기여를 할 것으로 기대한다”며 “지능형 의료기기 및 지능형 전자약 개발을 위한 초석이 될 것”이라고 연구 의의를 설명했다.
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| ▲송강일 박사 (사진= 대구경북첨단의료산업진흥재단 제공) |
기계적 변형에 대한 높은 내구성을 지니는 신축성 전자 소재 기반 피로 저항성 말초신경 보철기기(Durable and Fatigue‐Resistant Soft Peripheral Neuroprosthetics for In Vivo Bidirectional Signaling)가 개발됐다.
대구경북첨단의료산업진흥재단은 송강일 박사가 성균관대학교 손동희 교수, 서울대학교 현택환ㆍ김대형 교수팀과 공동연구를 통해 이 같은 성능의 말초신경 보철기기’를 개발했다고 21일 밝혔다.
또한 권위 있는 국제학술지인 어드번스드 머테리얼스(Advanced materials, IF:27.398)의 표지논문(frontispiece)을 장식했다고 21일 밝혔다. 어드번스드 머테리얼스는 재료 분야에서는 상위 1%로 인용되는 최상위 권위지이다.
신경보철기기는 신경과 연결시켜 전기적 신호를 수집하고 자극을 전달하는 장치로 신경계 질병 치료에 이용돼 왔다.
그러나 말초신경에 사용할 경우 주변 근육이 계속해서 수축-이완 운동을 하면서 보철기기에 반복적이고 극심한 움직임의 영향을 주고 이로 인해 전기적 성능이 저하되는 한계를 갖고 있었다.
이러한 가운데 이번에 개발된 말초신경 보철기기는 신축성 자가치유 고분자 및 금 나노껍질과 은 마이크로입자를 활용해 극심한 기계적 피로 상황에서도 안정적인 전기적 성능을 유지하고, 동시에 딥 뉴럴 네트워크(Deep Neural Network)를 적용하여 움직임 상황의 보행상태를 예측하는데 성공한 것이다.
송강일 박사가 공동 개발한 말초신경보철은 신축성 자가치유 고분자 및 금 나노껍질로 코팅된 은 마이크로입자를 활용해 개발됐다.
우수한 생체적합성과 높은 기계적ㆍ전기적 내구성을 갖는 피로저항성 전자재료를 합성해, 개발한 소재는 금 나노껍질과 은 마이크로 입자로 구성된 전도성 입자들이 기계적 응력 하에서 동적 재배열하는 특성이 있어 전도성을 자발적으로 회복할 수 있다.
또한 피로 저항성 전자재료 기반의 신경보철기기를 쥐의 좌골신경에 이식해 5주 동안 관찰한 결과, 외부로부터의 기계적 자극에 대한 감각신경신호를 안정적으로 획득했으며, 기기를 통해 전기 자극을 줘 다리의 움직임을 만들어냈다.
이러한 양방향 신경신호 수집 및 자극 기능은 쥐가 깨어있는 상태에서도 안정적으로 유지됐으며, 기계적 변형으로 인해 기능이 저하되었다가도 자발적으로 회복 가능한 것도 입증했다.
더 나아가 연구팀은 딥 뉴럴 네트워크(Deep Neural Network) 분석 기술을 도입, 신경보철기기를 통해 수집한 신경신호로부터 쥐의 보행상태를 예측해냈다.
송강일 박사는 “신경 보철의 현실적 적용 한계를 개선하는 혁신적인 신경인터페이스를 개발한 것으로, 신경계 질환의 치료 및 재활에 큰 기여를 할 것으로 기대한다”며 “지능형 의료기기 및 지능형 전자약 개발을 위한 초석이 될 것”이라고 연구 의의를 설명했다.
메디컬투데이 이재혁 ([email protected])
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