신체 내부 이식된 장치에 무선으로 전원 공급하고 제어
시스템은 약물을 전달하거나 신체 내부의 상태를 모니터링 하거나 전기 또는 빛으로 뇌를 자극하여 질병을 치료
하버드 의과대학 브리검 여성병원(Brigham and Women'sHospital, BWH)과 MIT의 연구원들은 인체에 이식된 장치에 전력을 공급하고 제어하는 새로운 방법을 개발했다고 4일(현지시각) 발표했다. 또 이러한 장치는 약물을 전달하거나 신체 내부의 상태를 모니터링 하거나 전기 또는 빛으로 뇌를 자극하여 질병을 치료하는 데 사용될 수 있다.
현재 신체에 이식 가능한 의료 기기는 자체 배터리가 탑재돼 있어 기기의 대부분의 공간을 차지하며, 수명은 제한적이다. 이 기술은 사람의 인체 조직을 안전하게 통과할 수 있는 고주파 파장에 의해 이루어진다. 동물 실험에서 연구원들은 1미터 거리에서 10센티미터 깊이의 조직 속에 위치한 장치에 전기를 공급할 수 있다는 것을 시연했다.
지금까지는 전파가 몸을 통과할 때 전파가 너무 약해져 충분한 전력을 공급할 수 없었다. 이를 극복하기 위해 연구자들은 ‘In Vivo Networking(IVN)’이라고 부르는 시스템을 개발했으며, 이 시스템은 서로 약간 다른 주파수의 전파를 방출하는 안테나 어레이에 의존하며, 전파가 이동함에 따라 전파가 중첩되고 서로 다른 방식으로 결합된다. 파형의 높은 지점이 겹쳐지는 특정 지점에서, 즉 동시에 최고치에 도달하면 소자에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지 임계값을 극복할 수 있어 이식된 장치에 전력을 공급하기에 충분한 에너지를 제공할 수 있는 것이다.
또한 이 시스템을 사용하면 전력이 넓은 지역으로 전송되기 때문에 신체의 센서 위치를 정확히 알 필요가 없다. 이것은 곧, 한 번에 여러 장치에 전원을 공급할 수 있음을 의미한다. 센서가 동시에 전력을 받으면 동시에 안테나로 정보를 전달하라는 신호가 전달되며, 이 신호는 약물의 방출 또는 빛의 펄스를 자극하는 데 사용될 수 있다.
현재 뇌에서 전류를 전달하는 이식형 전극은 파킨슨병이나 간질을 치료하는 데 사용되는 심뇌 자극(deep brain stimulation)으로 알려진 기술에 사용되고 있으며, 이 전극은 이제 피부 아래에 이식된 심장 박동기와 같은 장치를 제어하며, 무선으로 전원을 공급할 수 있게 된 것이다.
MIT의 미디어 랩의 조교수이자 이번 연구 논문의 수석 저자인 파델 아디부(Fadel Adib)는 "이 작은 이식형 장치에는 배터리가 없지만 신체 외부의 어떤 곳에서도 이들과 통신할 수 있습니다. 이것은 완전히 새로운 종류의 의학 응용 분야를 확장할 것입니다."라고 전했으며, 이제 신체 내부에 이식된 장치는 배터리를 필요로 하지 않기 때문에, 장치는 더 작게 제작될 수 있으며, 이번 연구에서 연구자들은 쌀 한톨 크기의 프로토 타입으로 테스트했지만, 향후 쌀보다 더 작게 만들 수 있을 것으로 예상했다.
하버드 의과대학 브리검 여성병원의 조교수인 조반니 트라베소(Giovanni Traverso)는 "배터리 없이도 이러한 시스템과 통신할 수 있는 능력을 갖추는 것은 매우 중요한 진전을 이루었습니다. 이러한 장치는 약물의 전달을 돕는 것뿐만 아니라 감지 조건과도 호환될 수 있습니다." 라며, “섭취되거나 신체에 이식될 수 있는 의료 기기는 의사에게 더 많은 질병을 진단, 모니터링 및 치료할 수 있는 새로운 방법을 제공할 수 있게 됐습니다.”라고 전했다.
한편 연구진은 현재 이 기술이 얼마나 깊은 곳에 갈 수 있는지, 얼마나 멀리 몸에서 벗어날 수 있는지에 대한 연구 중이며, 이제 전력 공급을 보다 효율적으로 하고 더 먼 거리로 전송하는 연구를 하고 있다. 또한 재고 관리, 소매 분석 및 스마트 환경과 같은 다른 분야의 RFID 응용 프로그램을 향상시켜 장거리 물체 추적 및 통신을 가능하게 하는 잠재력을 가지고 있다고 한다.