31 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) UNSW Sydney의 엔지니어들은 초박형 피부와 같은 재료에 유연한 전자 시스템을 만드는 방법을 발견했습니다. 이 개발을 통해 전체 신축성 3D 구조가 반도체처럼 작동할 수 있으며 소위 장기 온 칩 기술을 보다 효과적으로 만들어 동물 실험의 필요성을 크게 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 앞으로 이 기술은 간질 환자에게 임박한 발작을 경고하는 시스템과 같은 웨어러블 건강 모니터링 시스템이나 이식형 생의학 응용 분야에도 사용될 수 있습니다. UNSW 기계 및 제조 공학 대학의 Hoang-Phuong Phan 박사가 이끄는 연구팀은 연구 결과를 고급 기능성 재료 ("생의학 응용 분야를 위한 와이드 밴드갭 반도체의 신축성 3D 마이크로아키텍처를 위한 엔지니어링 경로"). 그들의 새로운 프로세스는 리소그래피(빛을 사용하여 작은 패턴을 인쇄하는 기술)를 사용하여 실리콘 카바이드 및 질화 갈륨과 같은 넓은 밴드갭 반도체를 폴리머 기판의 매우 얇고 유연한 나노멤브레인에 제조하는 것을 포함합니다. 폴리이미드(PI) 필름에 스탬핑되고 물방울 위에 놓인 초박형 꽃 모양의 실리콘 카바이드(SiC) 와이드 밴드갭 반도체의 광학 이미지. (이미지: Thanh-An Truong)

장기 온 칩 기술

이러한 반도체 멤브레인은 상상할 수 있는 모든 3D 모양으로 늘어나고 꼬이는 동안에도 감지, 기록 및 자극 기능을 제공합니다. 그들은 작은 칩에 인간 장기의 미니어처 버전을 만드는 최첨단 접근 방식인 장기 온 칩 기술의 중요한 구성 요소가 될 수 있습니다. 이 칩은 장기의 기능과 구조를 복제하여 과학자들이 장기의 행동을 연구하고 보다 정확하고 효율적인 방식으로 약물이나 질병의 영향을 테스트할 수 있도록 합니다. 또한 장기 칩 기술을 통해 연구자들은 실험실 조건에서 인간 장기의 복잡성을 모방할 수 있으므로 광범위한 테스트 및 실험에 동물을 사용할 필요가 없어질 가능성이 있습니다. 판 박사는 "많은 사람들이 법적, 윤리적, 도덕적 이유로 살아있는 동물이 아닌 복제된 버전의 인간 세포에 대한 의료 테스트로 이동하기를 열망하고 있다"고 말했다. “실제 신체의 장기를 모방한 3D 세포 장기를 성장시킬 수 있지만, 장기 온 칩 프로세스를 용이하게 하는 데 도움이 되는 3D 전극도 개발해야 합니다. "우리의 프로세스는 전자 시스템이 장기 온 칩 주변의 3D 모양으로 확장될 수 있는 멤브레인에 생성될 수 있도록 합니다." 새로운 광폭 밴드갭 소재로 만들어진 거미줄 구조의 주사전자현미경 이미지. (이미지: Thanh-An Truong) 이 작업은 UNSW, 그리피스 대학교, UQ, QUT와 경희대학교, 서던캘리포니아대학교, 노스웨스턴대학교와 같은 국제 파트너 간의 학제 간, 기관 간 협력의 하이라이트입니다.

더 쉬운 관찰을 위한 넓은 밴드갭 소재

이 프로젝트의 수석 연구원인 UNSW Scientia 강사 Thanh Nho Do 박사는 다음과 같이 덧붙였습니다. “우리는 기존 반도체 재료와 달리 가시광선을 흡수하지 않는 넓은 밴드갭 재료를 사용합니다. 이는 과학자들이 현미경을 통해 장기 칩을 관찰하고자 할 때 그렇게 할 수 있다는 것을 의미합니다. 그렇지 않으면 불가능할 것입니다. "막의 전자 시스템은 또한 테스트 중에 인공 장기가 다른 것들에 어떻게 반응하는지 모니터링하면서 많은 데이터를 수집할 수 있게 합니다." 이 응용 프로그램의 경우 연구원들은 장치를 더욱 개선하고 무선 통신과 같은 추가 구성 요소를 통합하기 위해 추가 작업을 수행하는 것을 목표로 하지만 XNUMX~XNUMX년 이내에 상용 제품이 될 수 있다고 생각합니다. 웨어러블 건강 모니터링 시스템에 이 기술을 활용하는 측면에서 Phan 박사는 모니터링, 진단 및 치료의 품질을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 프로세스에 대한 흥미로운 잠재력이 있다고 말합니다. 그러한 기능 중 하나는 사람이 하루 종일 노출되는 UV 방사선의 수준을 감지하고 경고 신호를 보내는 데 도움이 되는 웨어러블 슬리브가 될 수 있으며, 이는 궁극적으로 피부암 발병률을 낮추는 데 도움이 될 수 있습니다. "전통적인 실리콘 반도체는 밴드갭이 좁고 UV 광을 흡수하지 않기 때문에 와이드 밴드갭 재료는 그 응용 분야에서 중요합니다."라고 Phan 박사는 말합니다.

뉴런 신호

UNSW 팀은 또한 전기 시스템이 실시간으로 뉴런 신호를 모니터링하고 영향을 미칠 수 있는 이식 가능한 생체 의학 장치를 만들기 위해 새로운 재료를 추가로 개발할 수 있다고 제안합니다. 이러한 장치는 적어도 10년 동안 사용할 수 없을 것 같지만, 연구자들은 뇌에서 갑작스럽고 제어되지 않는 전기 활동이 발작을 일으킬 수 있는 신경 장애인 간질 환자를 잠재적으로 도울 목적으로 이미 추가 테스트를 계획하고 있습니다. . "간질 환자의 경우 발작이 막 일어나려고 할 때 뇌가 방아쇠가 되는 비정상적인 신호를 보냅니다."라고 Phan 박사는 말합니다. "우리가 이러한 비정상적인 패턴을 감지할 수 있는 이식형 전자 장치를 만들 수 있다면 발작을 우회하기 위해 전기 자극을 적용하는 데 잠재적으로 사용될 수 있습니다." 이식형 장치와 관련하여 극복해야 할 주요 과제 중 하나는 이러한 전자 시스템에 전원을 공급하는 방법입니다. 따라서 UNSW의 연구원들은 또한 외부 안테나를 통해 신체를 통해 전력을 무선으로 전송하기 위해 넓은 밴드갭 3D 전자 멤브레인과 통합될 수 있는 자기 공명 결합 시스템을 개발하려고 노력하고 있습니다.

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• 출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63088.php