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Oct 30, 2023

빛을 이용한 그래핀 '문신'으로 치료하는 심부정맥

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노스웨스턴 대학교와 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스(UT)가 이끄는 연구진이 초강력, 경량, 전도성 특성을 지닌 2차원 슈퍼 소재인 그래핀으로 만든 최초의 심장 임플란트를 개발했습니다.

어린이의 임시 문신과 모양이 유사한 새로운 그래핀 "문신" 임플란트는 머리카락 한 가닥보다 얇지만 여전히 전통적인 심장박동기처럼 기능합니다. 그러나 기계적으로 신체와 호환되지 않는 단단하고 견고한 재료가 필요한 현재의 심장박동기 및 이식형 제세동기와는 달리, 새로운 장치는 심장에 부드럽게 녹아 불규칙한 심장 박동을 동시에 감지하고 치료합니다. 임플란트는 심장의 섬세한 윤곽에 맞춰질 만큼 얇고 유연하며, 심장 박동의 역동적인 움직임을 견딜 수 있을 만큼 신축성과 강성이 뛰어납니다.

연구진은 장치를 쥐 모델에 이식한 후 그래핀 문신이 불규칙한 심장 박동을 성공적으로 감지한 다음 심장의 자연스러운 움직임을 제한하거나 변경하지 않고 일련의 펄스를 통해 전기 자극을 전달할 수 있음을 입증했습니다. 더 좋은 점은 이 기술이 광학적으로 투명하기 때문에 연구자들이 외부 광학 광원을 사용하여 장치를 통해 심장을 기록하고 자극할 수 있다는 것입니다.

이번 연구는 목요일(4월 20일) Advanced Materials 저널에 게재될 예정이다. 이는 현재까지 알려진 심장 임플란트 중 가장 얇은 것으로 기록됩니다.

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이번 연구의 수석 저자인 Northwestern 대학의 Igor Efimov는 "현재의 심박조율기와 제세동기의 과제 중 하나는 심장 표면에 부착하기가 어렵다는 것입니다."라고 말했습니다. "예를 들어, 제세동기 전극은 본질적으로 매우 두꺼운 와이어로 만들어진 코일입니다. 이 와이어는 유연하지 않고 부러집니다. 심장과 같은 연조직과의 단단한 인터페이스는 다양한 합병증을 유발할 수 있습니다. 이와 대조적으로 우리의 부드럽고 유연한 장치는 눈에 띄지 않을 뿐만 아니라 심장에 직접적으로 밀착되어 완벽하게 밀착되어 보다 정확한 측정값을 제공합니다."

실험 심장병 전문의인 Efimov는 노스웨스턴 맥코믹 공과대학의 생의학 공학 교수이자 노스웨스턴 대학교 파인버그 의과대학의 의학 교수입니다. 그는 UT의 연구원인 Dmitry Kireev와 함께 연구를 공동 주도했습니다. Zexu Lin, Ph.D. Efimov 연구실의 후보자가 논문의 첫 번째 저자입니다.

심장 부정맥으로 알려진 심장 박동 장애는 심장이 너무 빨리 또는 너무 느리게 박동할 때 발생합니다. 부정맥의 일부 사례는 심각하지 않지만 많은 경우 심부전, 뇌졸중, 심지어 급사로 이어질 수 있습니다. 실제로 부정맥과 관련된 합병증으로 인해 미국에서는 매년 약 300,000명이 사망하고 있습니다. 의사들은 일반적으로 비정상적인 심장 박동을 감지한 다음 전기 자극으로 박동을 교정하는 이식형 심박 조율기와 제세동기로 부정맥을 치료합니다. 이러한 장치는 생명을 구하는 반면, 그 견고한 특성은 심장의 자연스러운 움직임을 제한하고 연조직을 손상시키며 일시적인 불편함을 유발하고 통증이 있는 부기, 천공, 혈전, 감염 등과 같은 합병증을 유발할 수 있습니다.

이러한 과제를 염두에 두고 Efimov와 그의 팀은 부드럽고 역동적인 조직에 적합한 생체 적합 장치를 개발하려고 했습니다. 여러 재료를 검토한 후 연구자들은 원자적으로 얇은 형태의 탄소인 그래핀을 선택했습니다. 초강력, 경량 구조 및 우수한 전도성을 갖춘 그래핀은 고성능 전자 장치, 고강도 재료 및 에너지 장치 분야에서 다양한 응용 분야에 대한 잠재력을 가지고 있습니다.