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Jul 27, 2023

트랜지스터는 테이프처럼 내장에 접착 가능

작성자: Sarah CP Williams 2023년 8월 16일 박동하는 심장 표면에 이식형 센서를 부착하려면 일반적으로 센서 주변을 봉합하거나 다량의 접착제를 층으로 쌓아야 합니다.

사라 CP 윌리엄스

2023년 8월 16일

박동하는 심장 표면에 이식형 센서를 부착하려면 일반적으로 센서 주변을 봉합하거나 센서와 심장 사이에 층을 이루는 많은 양의 접착제가 필요합니다. 두 경우 모두 이러한 센서는 심장 조직과 긴밀하고 중단 없이 접촉하는 경우가 거의 없으므로 임상의가 환자의 심장 기능에 대해 수집할 수 있는 데이터가 제한됩니다.

이 문제를 해결하기 위해 시카고대학교 프리츠커 분자공학대학원 연구진은 심장을 포함한 생체 조직의 촉촉하고 유연한 표면에 단단히 붙을 수 있는 새로운 접착 반도체를 설계했습니다. Science 저널에 기술된 반도체는 트랜지스터 기반 바이오센서에 조직 접착 특성을 허용합니다.

프리츠커 분자 공학(Pritzker Molecular Engineering) 조교수 Sihong Wang은 “이것은 본질적인 특성으로 생체접착성을 갖는 최초의 반도체 및 트랜지스터입니다. 이를 조직에 붙이기 위해 장기 침습적 봉합, 스테이플 또는 접착제가 필요하지 않습니다.”라고 말했습니다. 연구를 주도했습니다. "이것은 바이오센싱에 대한 모든 종류의 새로운 가능성을 열어줄 것입니다." Wang은 또한 Argonne National Laboratory에서 공동 임명을 받았습니다.

PME의 Wang 연구실은 건강 모니터링을 위해 인체와 인터페이스하는 전체 장치 제품군을 뒷받침하는 새로운 재료 개발에 중점을 두고 있습니다. 이전 연구 중 일부는 건강 데이터를 분석할 수 있는 신축성이 있고 유연한 컴퓨터 칩과 웨어러블 전자 장치에 통합할 수 있는 신축성 디스플레이를 개발했습니다.

그러나 Wang은 이 워크플로우의 첫 번째 단계, 즉 내부 장기에서 정보를 수집하여 칩과 디스플레이로 보내는 바이오센서를 혁신하려면 더 많은 작업이 필요하다고 생각했습니다.

이전에 개발된 바이오센서는 살아있는 장기에 단단히 부착하는 데 그다지 좋지 않다고 그는 말했습니다. 이는 그들이 제공한 데이터가 일관성이 없거나 불규칙하다는 것을 의미했습니다.

"인체 내부 어디에서나 정보를 얻기 위한 핵심 단계는 조직에서 장치로 신호를 변환하는 것입니다. 장치가 조직 표면에 더 밀접하게 일치하고 접착될 수 있을수록 신호 변환이 더 효과적입니다."라고 설명했습니다. Nan Li, Ph.D. 이 작품의 첫 번째 저자인 Wang 연구실의 학생입니다.

끊임없이 움직이고 성장하거나 줄어들 수 있는 능력 외에도 대부분의 인간 기관은 항상 촉촉합니다.

Wang은 “테이프 조각을 마른 표면에 붙이려고 하면 강하게 접착될 수 있다는 것을 누구나 자신의 삶의 경험을 통해 알고 있습니다.”라고 말했습니다. "그러나 같은 테이프를 젖은 표면에 붙이려고 하면 훨씬 더 어려워집니다."

Wang의 그룹은 촉촉한 조직 표면의 액체를 흡수한 다음 표면에 부착하는 새로운 폴리머를 개발하여 이러한 문제를 극복했습니다. 그들은 과거에 설계했던 일종의 신축성 있고 유연한 반도체와 폴리머를 결합했습니다. 결과 센서는 생체접착제와 반도체라는 두 가지 재료의 "이중 네트워크"입니다. 연구진은 결합 시 두 물질의 특성이 감소되지 않도록 새로운 물질을 설계했습니다.

새로운 접착 폴리머의 유용성을 테스트하기 위해 Wang과 그의 동료들은 이 재료를 사용하여 심장의 전기 활동에 대한 데이터를 수집할 수 있는 장치를 만들었습니다.

Wang은 “이 장치는 1분 이내에 매우 약한 압력을 가하면 심장 표면의 어느 위치에나 부착될 수 있습니다.”라고 말했습니다.

그들이 보여준 장치는 심장의 한 부위에 표류하지 않고 부착되었으며, 스테이플로 고정하거나 심장에 접착하는 장치보다 더 신뢰할 수 있고 고품질의 데이터를 수집했습니다. 심장과 같은 기관의 여러 영역에 데이터를 매핑하려는 연구자의 경우 이러한 안정적이고 긴밀한 조직 접착은 장기 기록의 공간 해상도에 큰 이점을 줄 수 있습니다.

그러나 Wang은 새로운 생체 ​​접착 물질의 가능한 용도는 전기 생리학적 신호를 기록하는 것 이상이라고 말했습니다. 동일한 재료를 사용하여 신체 내부의 면역 분자, 전해질 또는 대사산물 수준에 대한 데이터를 수집하는 접착 센서를 만들 수 있습니다.