기본 콘텐츠로 건너뛰기

중이에 이식할 수 있는 미세 장치




 미세 공정 기술의 큰 발전으로 말미암아 현재는 수 mm 에 불과한 디바이스를 제작할 수 있게 되었습니다. 하지만 다양한 디바이스를 인체에 이식할 때는 항상 전력을 어떻게 공급할 것인지가 문제가 될 수 밖에 없습니다. 이런 디바이스가 판막 처럼 전기를 필요로 하지 않는 것이라면 상관 없지만 전기를 사용하는 물건이라면 인체 깊숙이 이식해서 장시간 사용하려면 역시 배터리 삽입이 문제가 될 수 밖에 없겠죠. (물론 인공 심박 조율기 처럼 그냥 피부 아래 배터리와 같이 이식할 수 있는 방법도 있기는 합니다) 


 MIT 대학의 Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI) 의 연구자들과 하버드 - MIT 보건 과학 및 테크놀로지 부서 (Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology (HST) ) 의 연구자들은 아주 기발한 방법으로 배터리 문제를 해결한 생체 이식 디바이스를 내놓았습니다. 


 이들이 주목한 것은 인체의 신경 세포가 만드는 다양한 전기였습니다. 그 양은 매우 미미 하지만 포유류의 내이 (inner ear) 안쪽에는 미세 디바이스를 구동하는 데 충분한 양의 전류가 흐르고 있습니다. 이들은 수 mm 미터에 불과한 기판 위에 회로와 라디오 수신기, 그리고 프로세서를 담아 외부에 신호를 송신하거나 혹은 수신할 수 있는 장치를 개발하고 이를 기니 피그에 실험해 실제 내이 안의 전력으로 이들 구동하는 데 성공했습니다. (다만 기니 피그 자체가 작기 때문에 실제 내이 안쪽에 이식은 하지 못했음. 그러나 사람이라면 중이 안쪽에 이식이 가능) 이 디바이스는 미래 청각 및 균형에 문제가 있는 사람들이 치료에 반응하는지를 감지하고 더 나아가 이들을 치료하는 데 사용될 수 있을 것으로 기대됩니다. 



(이번에 귀안에 이식하는 용도로 개발된 칩과 동전과의 크기 비교 The chip is small enough to fit in the cavity of the middle ear. (Credit: Patrick P. Mercier)  ) 



(디바이스를 확대 한 것 A close-up of the new chip, equipped with a radio transmitter, which is powered by a natural battery found deep in the mammalian ear.  (Credit: Patrick P. Mercier)) 


(인체의 외이, 중이, 내이의 해부도. 노란색으로 표시한 부분이 내이    CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시 저자 Didier Descouens  ) 


 이 기기는 내이에서 미세한 전류를 에너지원으로 삼아 작동하며 중이 (middle ear) 에 있는 공간에 삽입 될 수 있는 크기입니다. 하지만 아직은 완벽한 작동을 보장하기 위해서는 기술이 보다 진보되야 할 것으로 생각됩니다. 또 인체에서 생기는 미세 전류는 지속적으로 일정하게 공급되는 것이 아니라 불규칙 적으로 공급 될 수 밖에 없기 때문에 이 문제 역시 해결해야 할 과제입니다. 연구자들은 이 기계를 간헐적으로 작동하므로써 이 문제를 피해갈 수 있다고 보고 있습니다. 


 미래에 인체 자체에서 발생하는 미세 전류를 이용한 마이크로 디바이스로 다양한 기기들이 연구 중에 있는데 실제 환자들에게 유용한 기기들이 합리적인 가격에 보급될 수 있기를 기대해 봅니다. 해당 연구는 Nature Biotechnology 에 기재되었습니다. 



 참고      


Journal Reference:

Patrick P Mercier, Andrew C Lysaght, Saurav Bandyopadhyay, Anantha P Chandrakasan, Konstantina M Stankovic. Energy extraction from the biologic battery in the inner ear. Nature Biotechnology, 2012; DOI:10.1038/nbt.2394





댓글

이 블로그의 인기 게시물

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...

렘 수면이 식이 패턴에 영향을 준다?

  ( Using a techniqu e called optogenetics, the activity of cells in the brain can be specifically suppressed with light pulses. Credit: Pascal Gugler / Insel Gruppe )  수면 중 빠른 안구 운동이 발생하는 렘 (REM) 수면은 아직도 그 기능이 완전히 밝혀지지 않았지만, 수면에서 매우 중요한 부분이라는 사실은 확실합니다. 렘 수면은 꿈과 관련이 깊으며 전체 수면 시간이 부족하지 않더라도 렘 수면 시간이 짧으면 다음날 집중력이 떨어지고 많이 피곤하게 됩니다. 아마도 렘 수면 시간 동안 여러 가지 기능과 작업이 이뤄짐을 시사하는 결과입니다.   베른 대학교 ( University of Bern )의 과학자들은 쥐를 이용한 동물 모델을 통해서 렘 수면이 식이 패턴에 미치는 영향을 조사했습니다. 연구팀은 렘 수면이 외측 시상하부 ( lateral hypothalamus)에 영향을 주어 식욕을 조절할 수 있다는 증거를 발견했습니다. 외측 시상하부는 모든 포유류에서 볼 수 있는 시상하부의 작은 핵으로 식욕을 조절하는데 중요한 역할을 하는 것으로 생각됩니다. 과거 과학자들은 렘 수면 동안 외측 시상하부가 활성화되는 것을 확인했지만, 렘 수면이 실제 식욕을 조절하는지에 대해서는 알지 못했습니다. 렘 수면 동안 외측 시상하부만 차단할 방법이 없었기 때문입니다.   연구팀은 빛으로 살아있는 세포를 조절하는 기술인 광유전학 (optogenetic) 방식으로 렘 수면 중인 쥐의 외측 시상하부 활동을 차단했습니다. 그 결과 쥐의 식욕이 저하되는 것을 확인할 수 있었습니다. 불과 하루 간 차단만으로도 4일 정도 효과가 지속될 정도로 식욕에 대한 영향이 컸습니다. 이는 렘 수면이 식욕을 적절하게 유지하는 데 도움을 준다는 점을 시사합니다.   사실 최근에 다이어트에 대한 수요가 폭발해서 ...

벽돌 속에 전기를 저장하는 코팅

  ( Red brick device developed by chemists at Washington University in St. Louis lights up a green light-emitting diode. The photo shows the core-shell architecture of a nanofibrillar PEDOT-coated brick electrode. Credit: D'Arcy laboratory, Department of Chemistry, Washington University in St. Louis )  신재생 에너지 확대와 에너지를 24시간 차질 없이 공급해야 하는 기업과 기관 (예를 들어 병원, 금용기관, 중요 산업 시스템 및 기타 갑자기 시스템을 중지할 수 없는 분야)이 증가함에 따라 에너지 저장 장치 (ESS)의 수요 역시 가파르게 증가하고 있습니다. 특히 풍력과 태양광처럼 에너지 생산량 변동이 심한 에너지원이 보급되면서 값싸고 안전하게 대량의 에너지를 저장할 수 있는 방법의 요구가 커지고 있습니다.   워싱턴 대학 줄리오 다르시 ( Julio D'Arcy ) 교수가 이끄는 연구팀은 평범한 벽돌에 전기를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀의 접근법은 전기가 통하는 폴리머 소재인  PEDOT를 코팅해 벽돌 자체를 슈퍼 커패시터 (콘덴서)로 만드는 것입니다. 화학 배터리 대신 슈퍼 커패시터에 전기를 저장하는 연구는 일찍부터 있어왔지만, 흔한 벽돌 소재의 슈퍼 커패시터는 참신한 시도라고 할 수 있습니다. 벽돌에 에너지를 저장하려는 시도 역시 이전에도 있었지만, 대개 열을 저장하는 방식이었고 전기 자체를 저장하는 방식은 새로운 시도입니다.   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221592595133  연구팀에 따르면 일반적인 크기의 벽돌에 PEDOT 소재를 코팅할 경우 최대 10분 정도 LED 전...