생분해성 이식형 센서, 신체 기능 실시간 모니터링 가능

의료 시술 중과 후에 환자 상태를 모니터링하는 센서는 비싸고 불편하며 심지어 위험할 수 있습니다. 이제 국제 연구팀이 체내에 이식할 수 있는 고감도 유연 가스 센서를 설계했습니다. 더 이상 필요하지 않으면 체내에서 안전하게 흡수되는 물질로 생분해됩니다.

한 연구에서 펜실베이니아 주립대 연구자들은 체내에서 다양한 형태의 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2) 가스를 모니터링할 수 있는 유연하고 이식 가능한 센서를 설계했다고 보고했습니다. 이러한 가스 모니터링이 중요한 이유는 인간 건강에서 유익한 역할을 할 수도, 때로는 해로운 역할을 할 수도 있기 때문입니다.

예를 들어 인체에서 자연적으로 생성되는 일산화질소는 혈관을 이완하거나 확장하여 혈류를 증진시키고 산소와 영양소가 온몸을 순환하도록 함으로써 건강에 중요한 역할을 합니다. 반면 환경에서 노출되는 이산화질소는 만성 폐쇄성 폐질환 같은 상태의 진행과 관련이 있습니다. 일산화질소는 매우 반응성이 높고 산소에 노출되면 이산화질소로 변환될 수 있습니다.

팀은 센서 설계에 변화를 주어 이식 가능하고, 유연하고, 신축성 있을 뿐만 아니라 생분해성인 재료로 만들었습니다. 현재 장치는 체외에서 가스 수치를 모니터링하는 데 사용되지만, Cheng은 그것들이 부피가 크고 이식형 장치만큼 정확하지 않을 수 있다고 말했습니다. 이식형 장치는 제거해야 하므로 또 다른 수술이 필요할 수 있습니다. 연구자들은 제거할 필요가 없는 설계를 조사했습니다.

"심장 수술을 받았다고 가정해 봅시다. 체외 모니터로는 가스를 감지하기에 충분하지 않을 수 있습니다."라고 Huanyu "Larry" Cheng 교수는 말했습니다. "심장 표면이나 내부 장기에서 가스 수치를 모니터링하는 것이 훨씬 더 유익할 수 있습니다. 이 가스 센서는 이식 가능하며 생분해성입니다. 이는 우리가 연구해 온 또 다른 방향입니다. 환자가 수술에서 완전히 회복하면 더 이상 장치가 필요하지 않게 되어 생분해성 장치가 유용합니다."

연구자들에 따르면 모든 구성요소는 물이나 체액에서 생분해되지만 가스 수치 정보를 포착할 만큼 충분히 기능적으로 유지됩니다. 이 경우 연구자들은 장치의 전기 도체로 마그네슘을 사용했고, 기능성 물질로는 일산화질소에 매우 민감한 실리콘을 사용했습니다. 실리콘은 독특합니다. 현대 전자공학의 빌딩 블록이고, 초안정적이라고 여겨지며, 생분해성입니다. 환경에 따라 하루에 약 1~2나노미터의 매우 느린 속도로 용해될 수 있습니다. 신체가 장치에 사용된 모든 물질을 안전하게 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 환자의 회복 기간 동안 센서가 신체에서 기능할 수 있을 만큼 충분히 느린 속도로 용해됩니다.

센서는 습한 조건과 수용액에서 테스트되어 신체의 가혹한 조건에서도 안정적으로 수행할 수 있음을 보였습니다. 팀은 ICDS의 Roar 슈퍼컴퓨터 계산 자원을 사용하여 재료의 모양 미세 변화나 변형으로 인한 극도로 작은 변화를 계산하는 컴퓨터 시뮬레이션을 만들었습니다. 측정을 저항 기반으로 했는데, 이는 가스 흡수에 따라 변할 수 있습니다.

연구자들은 향후 작업으로 건강한 노화와 다양한 질병 애플리케이션을 위한 다른 신체 기능을 모니터링할 수 있는 통합 시스템 설계를 검토할 수 있다고 말했습니다.