혁신적인 스마트 붕대는 상처를 모니터링하고 더 빠른 치유를 위한 표적 치료를 제공합니다.

• 스마트 붕대는 만성 상처의 상태를 모니터링하고 적절한 약물을 전달할 수 있습니다. 
• 양피지로 제작된 pH, 온도, 산소 센서가 있습니다.
• 모든 구성 요소는 비용을 낮게 유지하도록 선택되었습니다. 

침대 결석 및 당뇨병성 발과 같은 만성 치유되지 않는 상처는 매년 650만 명 이상의 미국인에게 영향을 미칩니다. 연구에 따르면 이러한 상처를 치료하는 데 연간 250억 달러가 넘는 비용이 소요되며, 인구 노령화로 인한 당뇨병 및 비만 수준의 증가로 인해 비용이 매년 증가하고 있습니다.

기존 치료법은 일반적이고 노동 집약적이며 상당히 비쌉니다. 대부분의 경우 일반적인 세척, 산소 요법, 괴사조직 제거(손상된 조직 제거) 또는 전신 항생제 투여에 의존합니다. 병원과 진료소에서 구할 수 있는 하이드로콜로이드, 폼, 하이드로겔, 알지네이트 등의 드레싱은 그다지 효과적이지 않습니다.

따라서 터프츠 대학(Tufts University)의 연구자들은 만성 상처의 상태를 정기적으로 모니터링하고 치유 가능성을 높이기 위해 적합한 약물을 전달하는 스마트 붕대를 만들었습니다. 프로토타입의 목표는 기존의 수동적 붕대 치료법을 어려운 의료 문제를 해결하기 위한 효율적인 패러다임으로 바꾸는 것입니다.

스마트 붕대의 구성 요소

자연 치유 과정을 돕기 위해 팀은 감염과 염증을 모니터링하는 내장된 온도 및 pH 센서에 반응하여 적절한 약물을 전달할 수 있는 발열체와 열 반응성 약물 전달체를 갖춘 붕대를 개발했습니다.

마이크로프로세서(좌)와 상처덮개 모듈(우)을 탑재한 스마트 붕대 | 출처: Mike Silver/Tufts University

기존 붕대와 달리 스마트 붕대는 센서(산소, pH, 염증 매개체), 약물 전달(항생제, 산소, 줄기 세포) 및 전자 지능을 통합하여 개인의 반응을 모니터링하고 치료법을 적절하게 변경함으로써 치유 과정을 크게 개선합니다. 이 모든 작업은 간병인이나 환자의 제한적인 개입으로 이루어집니다.

작동 방식

만성 상처의 진행을 추적하는 데 중요한 매개변수 중 하나는 pH 수준입니다. 일반적으로 치유되는 상처의 pH 값은 5.5~6.5 사이이지만, 치유되지 않는 상처의 경우 pH 값은 6.5 이상입니다. 또 다른 주요 매개변수는 상처 근처의 염증 수준을 나타내는 온도입니다.

스마트 붕대에는 양피지(소수성) 종이로 제작된 나노 크기의 은(방부제로 사용됨), pH, 온도 및 산소 센서가 있습니다. 산소 전달 모듈은 이산화망간 나노입자 증착 영역에 대한 과산화수소의 촉매 변환에 의존합니다.

산소 발생 및 감지 패치 | 연구원 제공 

소수성 종이는 생체 적합성이 있어 상처 드레싱에 적합합니다. 과산화수소가 감염된 부위에 닿는 것을 방지하고 산소가 상처 부위로 확산되도록 할 수 있습니다.

참조:NextFlex | 터프츠 대학교

스마트 붕대의 모든 구성 요소는 비용을 낮게 유지하도록 선택되었습니다. 또한 재사용이 가능한 마이크로프로세서를 제외한 모든 구성 요소를 일회용으로 만들었습니다.

테스트 및 적용

이러한 유형의 스마트 붕대에는 다양한 가능성이 있습니다. 여러 치유 지표에 반응하여 다양한 상태를 치료하기 위해 다른 감지 모듈, 약물 및 성장 인자를 내장할 수 있습니다.

프로토타입은 시험관 조건(살아있는 유기체 외부의 통제된 환경)에서 성공적으로 테스트되었습니다. 팀은 현재 기존 붕대에 비해 장점을 확인하기 위해 생체 조건(살아있는 유기체)에서 임상 연구를 수행하고 있습니다.

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이 작업을 수행하는 동안 다음과 같은 어려움에 직면할 수 있습니다:

1. 반복적인 굽힘 주기를 통해 필요한 이종 재료를 양피지에 인쇄합니다.
2. 유연한 미세유체 전달 채널의 통합
3. 전기 모듈의 적절한 캡슐화.