[내논소- 전기성 생체 계면]

안녕하세요 다시 돌아온 논문 천사 왕순홍입니다!

지난 bioadhesive 논문 이어서 신규 개발한 bioadhesive 의 일종 electronic bioadhesive를 여러분에게 소개드립니다.

[논문 정보]

Electrical bioadhesive Interface for Bioelectronics

Deng, J., Yuk, H., Wu, J. et al. Electrical bioadhesive interface for bioelectronics. Nat. Mater. 20, 229–236 (2021). https://doi.org/10.1038/s41563-020-00814-2

[논문 요약]

몸에 입힐 수 있는 의료기기의 중요한 특징 중 하나가 생체에 부착하는 것이다. 하지만 몸의 역동성, 표면 수분 등 표면의 특성과 면적 변화 때문에 튼튼한 부착 기술 아직 멀었으며 신호 전도 효율이 떨어게 하는 수술 같은 강제 부착 방법밖에 없다.

MIT에 있는 과학자들이 표면 특성의 영향 없이 생체에 부착할 수 있고 전도 효율까지 유지할 수 있는 전기성 생체 계면을 개발했다.

부착 메카니즘:

Graphene nanocomposite로 채운 계면이 티슈와 접촉할 때 액체 (피,물 등) 계면 쪽으로 빨아들여서 뱅창하고 티슈 표면과 mechanical interlock 하고 촉촉하고 말랑말랑한 신촉성 있는 hydrogel로 변한다. 추가 부착력을 위해 주어진 hydrogel를 polyacrylic acid와 N-hydroxysuccinimide 교차 폴리머 네트워킹 시켜서 graphene oxide – polyvinyl alcohol – polyacrylic acid – N hydroxysuccinimide (GO-PVA-PAA-NHS) 네트워크가 현성된다.

Wearable bioelectronics와의 부착:

Bioelectronic와 bioadhesive 폴리머를 covalent crosslinking 할 수 있게 primary amine group를 doping 한다. PVA에서 rGO-PVA로 환원함으로써 전류 전도시키는 메커니즘이라 주로 crosslinking 잡아주는 수소결합에 영향에 미치지 않아 bioadhesive의 mechanical 힘에 큰 문제가 없다. 부착 시 티슈 표면에 있는 액체를 anisotropically 흡수해서 뱅창하면서 티슈와 covalent binding, electrostatic interaction와 수소 결합 등 여러 weak force의 결합이 일어난다.

접착 및 전도 성능:

interfacial 힘/ shear strength :

심장: > 420Jm-2 / >110kPa (일반: 1.55Jm-2 / 0.21kPa) 약 270배 및 523배 증가

피부: > 270 Jm-2 / >60 kPa (일반: 0.34 Jm-2/ 0.19kPa) 약 794배 및 315배 증가

근육: > 230 Jm-2 / >50kPa

신경: > 260 Jm-2 / >70kPa

전도를 지표하는 LED를 박동하고 있는 돼지 심장에 부착한 접착체와 연결해서 LED의 밝기와 반짝에 따라서 전도성을 측정한다. E-bioadhesive 좋은 전도성을 끊임없는 LED의 밝기를 보여줄 수 있다. 그리고 E-bioadhesive의 전도성도 37도 PBS에 14일 연속 담긴 채로 측정을 했으며 생체 티슈보다 높게 나완다 한다. (>2.7Sm-1)