바이오메디컬 응용을 위한 생체 삽입형 무선광학소자 개발

[2025 카모페어]

지난 수십 년 간 모든 분야에서 기술은 급격한 성장을 겪었다. 의료 분야 역시 기술의 지속적인 발전에 따라 질병 진단 속도 및 정확도 향상, 치료 기간 감소를 넘어 기대 수명 향상 효과를 인류에게 제공할 수 있게 되었다. 의료 기술 발달의 일례로 의료용 기기의 소형화를 들 수 있는데, 초미소 전자공학(Microelectronics), 생명공학 기술, 그리고 신소재의 개발은 체내 삽입이 가능한 심박동기, 혈압 측정 센서, 심장제세동기, 인공 와우(인공 달팽이관), 그리고 전기뇌심부자극기(Deep Brain Electrical Stimulator) 등 최신 의료기기의 개발에 기여하였다.

이러한 소자들을 사용하여 치료를 진행할 때, 삽입된 소자에 의해 환자들은 이물감이나 통증을 느낄 수 있다. 환자들은 치료 과정이 최대한 고통스럽지 않게 진행되기를 원하기에, 소자 설계에 있어 인체 내부 환경에 대한 충분한 고려는 필수적이다. 다양한 부분으로의 원활한 삽입 및 삽입 과정에서의 고통 최소화를 위해 소자는 작고 가벼워야 하며, Ti, TPU 등 생체 적합성이 우수한 소재로 제작되어야 한다. 한편, 거의 대부분의 소자들은 내부에 탑재된 배터리에 의해 구동되는데 소자 크기가 작기에 내장된 배터리의 용량이 낮아 사용 시간 및 효과에 한계가 있다. 특히나 현재 주로 사용되고 있는 배터리에는 카드뮴 등 인체에 유해한 물질이 포함되어 있어 예상치 못한 이유로 외부 패키징이 파괴되었을 때 환자에게 추가적인 악영향을 미칠 수 있다.

상술한 점들에 착안하여, 본 연구는 배터리 없이 무선으로 전력을 공급받는 생체 삽입형 무선광학소자의 개발을 목표로 두었다. 생체 삽입형 특성상 작고 가벼워야 하기에, 최소한의 부품 수로 충분한 수준의 전압을 공급할 수 있는 증폭회로 디자인을 차용하여 연성인쇄회로기판을 설계하였으며, 기판에 연결된 코일을 통해 원거리에서의 무선 전력 수급을 가능하게 하였다. 또한 체내 요인으로부터 소자를 보호하고 내장된 LED의 밝기, 즉 에너지를 최대한 보존하여 원하는 부위에 효과적으로 전달하기 위해 생체 적합성 및 광 투과성이 우수한 PDMS와 Parylene-C로 이루어진 보호막을 소자 외부에 형성하였다.

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