HKUST 연구진, 스스로 기술을 개척하다

Sep 01, 2023

홍콩과기대학교

이미지: 압전 베타-글리신 나노결정질 필름의 제조 및 시너지적 나노감속 및 현장 폴링을 통한 능동 자기 조립 메커니즘.더보기

신용: HKUST

홍콩과기대(HKUST)가 이끄는 연구팀은 높은 압전 강도를 나타내는 넓은 면적에 규칙적인 방향으로 얇은 아미노산 층을 자기 조립하는 새로운 기술을 개발하여 생체 적합성 및 생체 적합성 아미노산 제조를 가능하게 했습니다. 가까운 미래에는 심장박동기, 이식형 바이오센서 등 생분해성 의료용 마이크로디바이스가 개발될 가능성이 높습니다.

압전 효과(기계적 에너지와 전기적 에너지 사이의 가역적 변환)를 통한 생체전기 생성은 생명체에서 생리학적으로 중요한 의미를 갖습니다. 걷는 동안 인간의 경골에서 생성된 압전 전하는 뼈의 재형성과 성장을 촉진합니다. 또한 호흡 중에 생성되는 폐의 압전 전위는 산소와 헤모글로빈의 결합을 도울 수 있습니다.

현재 대부분의 압전 재료는 단단하고 부서지기 쉬우며, 일부에는 납, 석영과 같은 독성 물질이 포함되어 있어 인체에 이식하기에 부적합합니다. 아미노산과 같은 압전 생체 재료는 자연적으로 생체 적합성, 신뢰성 및 지속 가능성을 나타내기 때문에 유망한 대안입니다. 그러나 올바르게 기능하기 위해 정렬된 방향으로 규모에 맞게 생체분자를 조작하는 것은 어려운 것으로 입증되었으며 80년 동안 국제 학문적 과제로 남아 있었습니다.

오랜 과제를 해결하기 위해 HKUST 기계 및 항공우주 공학과 부교수인 YANG Zhengbao 교수가 이끄는 팀은 최근 시너지 나노감금 및 현장을 통해 압전 생체재료 박막을 맞춤화하기 위한 능동적 자가 조립 전략을 개발했습니다. 폴링(그림 참조). 이는 생체분자가 동일한 방향으로 매우 넓은 영역에 걸쳐 자가 조립될 수 있게 해줍니다. 더 중요한 것은 이 새로운 기술을 기반으로 연구팀은 아미노산의 일종인 β-글리신 필름이 다른 생체분자 필름에 비해 가장 높은 11.2pmV-1의 향상된 압전 변형 계수를 나타냄을 발견했습니다.

자체 조립된 압전 생체분자 필름은 근육 스트레칭, 호흡, 혈류 및 작은 신체 움직임으로 인해 발생하는 기계적 스트레스로부터 전기 신호를 생성할 수 있습니다. 배터리가 필요하지 않으며 임무가 완료되면 체내에서 간단히 용해됩니다.

양 교수는 “이번 연구에서는 베타글리신 필름 전체에 걸쳐 균일하게 높은 압전 반응과 뛰어난 열안정성을 보였다. β-글리신 나노결정질 필름의 우수한 출력 성능, 자연적 생체 적합성 및 생분해성은 이식형 바이오 센서, 생체 흡수성 전자 장치용 무선 충전 전원 공급 장치, 스마트 칩 및 기타 생체 의학 공학 목적과 같은 고성능 일시적 생물학적 전기 기계 응용 분야에 실용적인 의미를 갖습니다. .”

연구팀은 생체조직에 맞춰 필름의 유연성을 향상시키고, 생체흡수성 압전필름을 저비용으로 대량생산할 수 있는 방안을 계속해서 연구할 예정이다. 그들은 또한 생체 내 생물의학적 응용을 입증하기 위해 동물 실험을 수행할 계획을 갖고 있습니다.

본 연구는 홍콩 시립대학교와 호주 울런공대학교의 공동 연구입니다. 이번 연구 결과는 최근 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.

자연

10.1038/s41467-023-39692-y

실험적 연구

해당 없음

시너지적 나노감속 및 현장 폴링을 통한 압전 생체분자 필름의 능동 자가 조립

2023년 7월 11일

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