현대 의학 분야에서 전자 임플란트 기술은 환자의 건강을 모니터링하고 질병을 치료하는 데 혁신적인 기술로 부상해왔습니다. 그러나 이러한 임플란트 장치를 구동하는 데에는 여전히 과제가 많았습니다. 특히 전원 공급 문제는 이 분야의 한계를 제한하고 있었습니다. 중국의 란저우 대학 연구진은 이러한 문제에 도전하며 무선 생체 분해성 에너지 장치를 개발하였습니다.
목차
무선 생체 분해성 에너지 장치
기존의 문제
과거의 생체 전자 임플란트는 전원 공급과 생체 적합성에서 문제가 있었습니다. 일회용 전원 공급 장치는 환자에게 불편을 줄 뿐만 아니라 환경에도 부담을 주었습니다. 또한, 충전 과정에서 발생할 수 있는 문제점들이 제약으로 작용하였습니다. 경피 충전기와 연결된 전원 공급장치는 염증을 유발할 수 있고 비충전식 전지로 작동하는 경우 수술적인 교체가 필요할 수 있어 합병증을 일으킬 가능성이 있습니다.
연구 개발 동기
이러한 문제에 도전하고자 한 중국의 연구진은 생체 전자 임플란트 분야에서 새로운 에너지 솔루션의 필요성을 강조했습니다. 생체 전자 임플란트가 환자에게 미치는 혜택을 극대화하기 위해서는 안전하고 효과적인 전원 공급이 필수적이었습니다. 문제점들에 대응해서 연구진은 유연하고 탄력있는 설계로 에너지 저장 성능과 우수한 조직 인터페이스 특징이 있는 무선 이식형 전원 시스템을 개발했습니다.
중국의 연구 결과 소개
생체 의학 분야의 판도를 바꾸는 장치가 발명되었습니다. 란저우 대학의 연구진은 무선 생체 분해성 에너지 장치를 개발하였습니다. 중국 과학자들은 생체 임플란트 장치에 전원을 공급할 수 있는 새로운 장치를 개발했습니다. 이 장치는 완전히 생체 분해되는 의약품 전달 시스템과 같은 생체 전자 임플란트를 구동할 수 있습니다. 모니터링 센서 및 약물 전달 생체 임플란트를 포함한 이식 가능한 생체 전자 시스템은 환자의 상태를 정확하게 모니터링하고 치료하는데 이러한 이식 가능한 생체 전자 시스템은 모니터링 센서 및 의약품 전달 임플란트를 포함하여 환자를 정확하게 모니터링하고 치료하는 최소 침습력, 신뢰할 수 있는 기술을 제공합니다. 이 장치는 작은 발전소과 같은 역할을 합니다. 이 장치는 조직 및 장기의 형태에 적응할 수 있습니다. 무선 전원 공급 장치는 마그네슘 코일로 구성되어 외부 송신 코일이 임플란트 위의 피부에 배치될 때 장치를 충전합니다. 마그네슘 코일에서 받은 전원은 회로를 통과한 후 아연 이온 하이브리드 슈퍼커패시터로 구성된 에너지 저장 모듈로 이동합니다. 전지는 화학 에너지로 전력을 저장하는 반면, 슈퍼커패시터는 전기 에너지로 전력을 저장합니다. 슈퍼 커패시터 단위. 단위당 에너지 저장량은 적지만 높은 전력 밀도를 가지고 있어 지속적으로 상당한 양의 에너지를 방출할 수 있습니다.
생분해성 임플란트에 내장된 프로토타입(초기 모델) 전원 공급 시스템은 에너지 수확(에너지 하베스팅:외부 에너지를 수집해 전기 에너지로 재활용)과 저장을 하나의 장치로 결합합니다. 충전이 완료된 후에도 회로를 통해 바로 연결된 생체 전자 장치 및 슈퍼커패시터로 전원이 공급되어 지속적이고 안정적인 전력 출력을 보장합니다.
생체 적합성과 안전성
아연과 마그네슘은 인체에 필수한 물질입니다. 아연과 마그네슘은 인체에 필수적인 물질이며, 장치에 포함된 양은 일일 섭취량 수준 이하로, 용해 가능한 임플란트의 생체 적합성을 보장합니다. 전체 장치는 고분자와 왁스로 캡슐화되어 임플란트가 배치된 조직의 구조에 따라 휘어지고 굴곡을 가질 수 있습니다.
실험 및 결과
쥐를 대상으로 한 실험에서 이 장치는 최대 10일 동안 효과적으로 작동했고 2개월 이내에 완전히 분해될 수 있음을 확인하였습니다. 장치의 작동 기간은 캡슐레이션 층의 두께와 화학적 특성을 조절해서 수정할 수 있습니다. 연구자들은 스택된 슈퍼커패시터를 수신 코일과 생분해성 의약품 전달 장치에 연결하여 그 기능성을 시연하고, 이를 쥐에 이식했습니다. 항염증제를 포함한 의약품 전달 장치는 효모 유발 열중증을 가진 쥐에 이식되었습니다. 12시간 간의 모니터링 기간 동안 임플란트가 없는 그룹보다 임플란트가 있는 그룹의 온도가 유의하게 낮았습니다.
다양한 응용 분야에 대한 전망
이러한 생체 전자 임플란트 기술은 미래 의료 및 응용 분야에 혁신적인 영향을 미칠 것으로 전망됩니다. 특히 이 장치는 최소 침습력으로 정확한 치료와 모니터링을 가능케 하여 다양한 응용 분야에서의 적용이 기대됩니다.
과제 및 해결 방안
장치의 온/오프를 제어하는데 남아 있는 도전적인 과제가 있지만, 연구진은 이를 제어하기 위한 효과적인 해결책을 찾을 것으로 기대됩니다. 무선 생체 분해성 에너지 장치는 이식 가능한 생체 전자 장치의 발전에 있어서 중요한 진전을 나타냅니다.
마무리
란저우 대학의 연구결과는 생체 전자 임플란트 분야에서 혁신적인 의미를 지니며, 미래에는 환자들에게 더 나은 치료 및 의료 서비스를 제공할 것으로 기대됩니다. 이러한 연구들이 지속되면서 생체 전자 임플란트 기술은 더욱 발전하고, 환자들에게 혁신적인 치료 방법을 제공할 것으로 전망됩니다.
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