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성과명물방개 수중 점착컵 본뜬 무전원 체액포집 패치 개발

Visco-Poroelastic Electrochemiluminescence Skin with Piezo-Ionic Effect(Advanced Materials (IF: 30.849, 2020년 기준))

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지원사업
개인기초연구(중견연구) 사업
지원 기관
과학기술정보통신부
연구 기관
서강대학교, 한양대학교
연구자
이종익, 최한빈, 강문성, 김도환
발표일
2021-06-17
조회수
113

물방개 수중 점착컵 본뜬 무전원 체액포집 패치 개발


데이터 기반 피부 PH와 유수분량 모니터링 패치 등으로 응용 기대



개요

방창현 교수(성균관대학교), 조승우 교수(연세대학교) 연구팀은 수컷 물방개 앞발에 있는 점착컵의 구조 · 원리를 밝히고, 이를 본떠 무전원 방식의 신속 체액 포집 피부 모니터링 패치를 개발했다고 밝혔다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구사업 등의 지원으로 진행된 이번 연구의 성과는 국제학술지‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 6월 17일(한국시간) 게재되었다.


연구 내용

물방개 점착 컵의 구체적인 점착 원리는 다음과 같다. 탄성을 갖는 점착 컵을 점착 표면에 부착할 때, 외력에 의해 그 구조가 변형되고 다시 복원될 때엔 컵 내부 공간에 음압*이 형성되어 진공 상태가 된다. 탈착 시에는 당기는 힘에 의해 컵 구조의 내부 공간에 응력**이 집중되어 높은 점착력이 형성된다. 연구진은 이러한 물리적 현상을 시뮬레이션으로 재현하고 수학적 모델로 제시하였다.

* 음압(negative pressure) : 물체 내부가 외부와 단절되어 있을 때, 물체 내부의 기압을 감소될 때 나타나는 외부기압과 압력 차이로 흡인력이라고도 했다.
** 응력 : 물체에 외력이 작용할 때, 그 크기에 대응하여 물질 내에 생기는 저항력

담지된 하이드로젤은 피부 계면의 체액과 닿는 동시에 흡수하였고, 이는 증발이나 신체 움직임으로 인한 손실을 최소화하고 10초 이내의 빠른 분석이 가능하다는 장점을 가진다. 포집된 체액의 pH 분석을 위해, pH 반응성 하이드로젤을 제작하여 점착 컵 내부에 용액공정으로 삽입하였다. 점착 컵 내부 pH 반응성 하이드로젤 은 pH 변화에 따라 5초 이내에 반응하여 색 변화를 보였고, 반복적으로 사용이 가능하며 별도의 전원장치 없이도 체액 분석이 가능하였다. 연구팀은 모바일 기기를 이용한 자가진단 시스템으로의 개발을 위해 머신러닝을 기반으로 한 pH 분석 소프트웨어를 개발하였다. 이를 이용해 여드름 질환 모델에 대한 pH 모니터링 피드백을 제공하여 효과적인 치료효율을 확인하였다


기대 효과

실제 질환 모델에 적용하여 본 연구에서 개발한 점착 소재의 효과를 검증하였고 향후 환자맞춤형 피부질환 치료 패치와 의료용 부착소재와 체외 진단을 위한 데이터 기반 기술에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.


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