성균관대학교(총장 유지범) 전자전기공학부 손동희 교수와 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 공동연구팀은 추가적인 봉합술이 필요없는 부드러운 신축성 심장 접착 전자 패치 기술을 개발, 이를 기반으로 움직이는 동물로부터 장기간 안정적으로 심전도(ECG)를 계측해내 심혈관계 질환을 진단함과 동시에 전기자극으로 치료했다고 밝혔다.

현재 심장의 반복적인 수축-이완 운동에도 안정적으로 구동할 수 있는 체내 이식형 전자소자를 만들기 위해 신축성이 우수하고, 부드러운 기계적 특성을 갖는 고분자 소재를 이용한 다양한 전자소자들이 개발돼 있다.

그러나 신축성과 전도성을 동시에 지니기 위해 고체 상태의 전도성 첨가제를 넣은 고분자 복합소재는 고분자 본연의 기계적 특성을 잃어버리고 딱딱하게 변성돼 굴곡지고 부드러운 심장 조직 표면을 압박 없이 감싸기에 어려움이 있다. 이에 따라 장기간 안정적으로 심전도를 기록하는 데에 한계가 있었다. 그뿐만 아니라, 반복적인 심장의 움직임에도 소자를 고정하기 위해 바느질에 기반한 봉합술이 필수적이다.

이에 연구팀은 부드러우면서도 신축성을 갖는 네트워크 구조의 자가치유 고분자 기판층, 뛰어난 심장 접착성을 가지는 하이드로젤층, 내구성이 뛰어난 액체 금속 필러-자가치유 고분자 복합체 전극층으로 구성된 심장 전자 패치를 개발했다.

기존 전자 패치는 심장에 고정이 되지 않아 추가적인 봉합술이 필요하고, 물성이 딱딱해 반복적인 심장의 움직임에 의해 쉽게 손상되어 오랫동안 사용하기에 어려웠다. 반면, 이번에 개발된 심장 접착 전자 패치는 뛰어난 심전도 계측 및 자극성능을 보유하고 있어 새로운 형태의 바이오 전자소자 플랫폼을 제시할 뿐만 아니라 관련 응용 분야 확대를 위한 디딤돌이 될 것이란 것이 연구팀의 설명이다.

연구팀은 심장 패치의 면적과 채널 수를 증가시켜, 더욱 세밀한 부위별 심장 신호 획득을 통해 심장질환 치료 약물의 작용 기전을 밝혀내려는 후속 연구를 진행하고 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업, 기초과학연구원, 과학기술정보통신부·한국연구재단 전자약기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 전자공학 분야에서 최고의 권위를 갖는 국제 학술지인 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 1일 게재됐다.