연구원들이 부드러운 생체 전자 센서 임플란트를 발명했습니다.

캘리포니아 대학, 어바인 대학, 뉴욕 컬럼비아 대학의 연구원들은 환자 발달의 연속적인 단계를 통해 신경 기능을 모니터링하는 생체 적합 센서 임플란트를 만들기 위해 부드럽고 순응적인 재료에 트랜지스터를 내장했습니다.

최근에 발표된 논문에서 네이처커뮤니케이션즈UC Irvine 과학자들은 견고한 실리콘 기반 기술보다 살아있는 조직에 화학적, 생물학적, 전자적으로 더 잘 적응할 수 있는 보완적인 내부 이온 게이트 유기 전기화학 트랜지스터의 구성을 설명합니다. 이러한 트랜지스터를 기반으로 한 의료 기기는 신체의 민감한 부분에서 기능할 수 있으며 성장하는 동안에도 기관 구조를 준수할 수 있습니다.

"첨단 전자 장치는 현재 수십 년 동안 개발되어 왔기 때문에 이용 가능한 회로 설계의 대규모 저장소가 있습니다. 문제는 이러한 트랜지스터 및 증폭기 기술의 대부분이 우리의 생리학과 호환되지 않는다는 것입니다"라고 공동 저자인 Dion Khodagholy, Henry는 말했습니다. UC Irvine 전기 공학 및 컴퓨터 과학과의 Samueli 교수 우수 교수입니다. "우리의 혁신을 위해 우리는 본질적으로 생물학적으로 우리에게 더 가까운 유기 고분자 재료를 사용했으며, 뇌와 신체의 언어는 전자가 아닌 이온이기 때문에 이온과 상호 작용하도록 설계했습니다."

표준 생체전자 공학에서 보완 트랜지스터는 신호의 서로 다른 극성을 설명하기 위해 서로 다른 재료로 구성되어 있으며, 이는 견고하고 번거로울 뿐만 아니라 민감한 부위에 이식할 때 독성의 위험이 있습니다. UC Irvine과 Columbia University의 연구진은 생체 적합성 단일 물질을 사용하여 작동할 수 있는 비대칭 방식으로 트랜지스터를 만들어 이 문제를 해결했습니다.

“트랜지스터는 전류의 흐름을 제어하는 ​​단순한 밸브와 같습니다. 우리의 트랜지스터에서 이 변조를 제어하는 ​​물리적 프로세스는 채널의 전기화학적 도핑 및 디도핑에 의해 제어됩니다.”라고 컬럼비아 대학 박사의 Duncan Wisniewski가 말했습니다. .디. 그는 현재 UC Irvine 전기 공학 및 컴퓨터 과학과의 방문 학자입니다. "비대칭 접촉 장치를 설계함으로써 우리는 채널의 도핑 위치를 제어하고 초점을 음전위에서 양전위로 전환할 수 있습니다. 이 설계 접근 방식을 통해 단일 재료를 사용하여 보완적인 장치를 만들 수 있습니다."

그는 트랜지스터를 더 작은 단일 폴리머 재료로 배열하면 제조 공정이 크게 단순화되어 대규모 제조가 가능해지고 원래의 신경학적 적용을 넘어 거의 모든 생체 전위 공정으로 기술을 확장할 수 있는 기회가 있다고 덧붙였습니다.

최근 Columbia University에서 Irvine으로 옮긴 UC Irvine Translational Neuroelectronics Laboratory의 책임자인 Khodagholy는 자신의 팀 작업에 확장성이라는 추가적인 이점이 있다고 말했습니다. 이 혁신을 여러 상황에 적용할 수 있게 해주는 소재입니다."

또 다른 장점은 네이처커뮤니케이션즈 논문에서는 이 장치가 발달 중인 동물에 이식될 수 있으며 유기체가 성장함에 따라 조직 구조의 전이를 견딜 수 있다는 것입니다. 이는 단단한 실리콘 기반 임플란트로는 불가능한 일입니다.

공동저자인 UC Irvine의 해부학 및 신경생물학 부교수이자 오렌지 카운티 아동 병원의 의사이기도 한 Jennifer Gelinas는 "이러한 특성으로 인해 이 장치는 소아과 응용 분야에서 특히 유용할 것"이라고 말했습니다.

Khodagholy는 "우리는 고품질의 생물학적 신호 수집 및 처리가 가능한 강력한 보완형 집적 회로를 만드는 능력을 입증했습니다."라고 말했습니다. 보완적인 내부 이온 게이트 유기 전기화학 트랜지스터는 "전통적으로 부피가 크고 생체적합성이 아닌 구성요소에 의존해왔던 장치에 생체전자공학의 응용을 실질적으로 확대할 것입니다."

이 프로젝트에는 Khodagholy, Gelinas 및 Wisniewski와 함께 Columbia University의 Claudia Cea, Liang Ma, Alexander Ranschaert, Onni Rauhala 및 Zifang Zhao가 참여했습니다. 이 연구는 국립보건원(National Institutes of Health)과 국립과학재단(National Science Foundation)의 지원을 받았습니다.


출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250114181717.htm

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