이번 연구에는 성균관대 김종욱 교수와 국립금오공대 서승기 교수가 공동 제1저자로 참여했다. 진성훈 교수와 성균관대 유재영 교수, 노스웨스턴대 존 로저스(John A. Rogers) 교수가 교신저자로 연구를 이끌었다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’ 온라인판에 게재됐다.
연구팀이 개발한 전자약의 핵심은 빛에 반응하는 생분해성 실리콘 소자다. 피부를 지나 몸속까지 전달되는 근적외선(NIR) 빛을 받으면 전기 신호의 크기와 형태가 바뀐다. 피부 위 외부 장치가 빛과 전력을 보내면 체내 삽입 자극기가 빛의 패턴을 읽어 다양한 전기자극을 만든다.
기존 생체삽입형 전자약은 단순한 전기 신호를 내는 경우가 많았다. 복잡한 전기자극을 구현하려면 여러 개의 수신 장치가 필요해 소자가 커지고 설계가 복잡해지는 한계가 있었다. 이번 기술은 수신 장치 하나로 단순 신호부터 복잡한 신호까지 구현하고, 여러 부위를 순서대로 자극할 수 있도록 설계됐다.
연구팀은 동물 실험으로 활용 가능성을 확인했다. 대동물 실험에서는 심장 박동을 조율하는 자극 기능을 구현했다. 소동물 실험에서는 호흡을 돕는 횡격막 신경 자극과 신경 신호를 일시적으로 차단하는 기능을 검증했다.
진성훈 교수는 “임상에서 필요한 복잡한 파형을 단일 전원으로 구동되는 간단한 회로와 무선 생분해 플랫폼 위에 구현했다”며 “기술적 한계를 해결한 핵심은 실리콘 광트랜지스터였다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 개인기초연구사업·세종과학펠로우십·글로벌 기초연구실 지원 사업의 지원을 받아 수행됐다.