봉합 없이 심장표면에 붙이면 끝…성균관대, 신축성 전자패치 개발

성균관대, 신축성 지닌 심장 전자패치 개발
반복된 심장박동에도 안정적 성능 유지

성균관대는 손동희·신미경 교수 연구팀이 봉합술 없이 심장에 부착해 심전도를 측정할 수 있는 '심장 접착 전자 패치'를 개발했다. 성균관대 제공

심장에 붙여 심전도 측정을 통해 심혈관계 질환 진단에 활용할 수 있는 새로운 방식의 전자 패치가 나왔다.

성균관대학교는 손동희 전자전기공학부 교수팀과 신미경 글로벌바이오메디컬공학과 교수팀이 공동으로 추가적인 봉합술이 필요 없는 부드러운 신축성 심장 접착 전자 패치를 개발했다고 3일 밝혔다.

심장의 반복적인 수축과 이완 운동에도 안정적으로 구동할 수 있는 체내 이식형 전자소자를 만들려면 신축성이 우수하고, 부드러운 기계적 특성을 가진 고분자 소재를 이용해야 한다. 하지만 신축성과 전도성을 동시에 구현하기려면 고체 상태의 전도성 첨가제를 넣은 고분자 복합소재는 기계적 특성을 잃어 버리고, 딱딱하게 변성돼 심장 조직 표면을 압박 없이 감싸기 어렵다. 이 때문에 장기간 안정적으로 심전도를 측정하는 데 한계가 있고, 소자를 고정하기 위해 바느질에 기반한 봉합술이 필수적으로 요구된다.

연구팀은 부드러우면서도 신축성을 갖는 자가치유 고분자 기판층과 뛰어난 심장 접착성의 하이드로젤층, 내구성이 뛰어난 액체 금속 필러-자가치유 고분자 전극층을 활용해 심장 전자 패치를 만들었다. 이 전자 패치는 봉합술을 하지 않고 심외막에 신속하고 안정적으로 부착할 수 있고, 반복된 심장 박동에도 뛰어난 접착 성능을 유지한다. 아울러 움직이는 심장 표면에서 패치의 고른 부착이 가능하다.

연구팀은 이 패치를 실험동물에 적용해 심전도 계측과 함께 부정맥 유발 소동물 모델에서 부정맥, 급성심근경색 진단에도 성공했다. 앞으로 심장 패치 면적과 채널 수를 늘려 보다 세밀한 부위별 심장신호 획득을 통해 심장질환 치료 약물의 작용을 규명하는 후속연구를 진행할 계획이다.

손동희 교수는 "심장 전자 패치는 심혈관계 중증 질환의 정밀 진단과 치료 효과를 개선하는 데 기여할 것"이라며 "심장 뿐 아니라 뇌, 신경, 근육 등 다양한 장기에 적용할 수 있는 바이오 전자소자 플랫폼으로 활용 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 일렉트로닉스(지난 1일자)'에 실렸다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr