무선으로 전력이 공급되는 의학용 임플란트 장치 (애리조나 대학교 연구진)

인간은 본질적으로 전력 소켓 역할을 할 수 없지만, 많은 사람이 전기를 떠나서 살 수 없는 의학용 임플란트 장치를 점점 많이 사용하고 있다. 우리의 생체공학적 인체 요소에 해당하는 임플란트 장치에 전력공급이 중단되지 않도록, 애리조나 대학교 연구진 그룹이 인체 조직을 통해 안전하고 비파괴적이며 무선으로 전력을 공급하는 효율적인 방법을 개발하는 중이다. 연구팀은 그들의 연구결과를 캘리포니아주 샌프란시스코에서 12월 2일부터 6일까지 개최된 제166차 미국음향학회(Acoustical Society of America)에서 발표했다. 

의학용 임플란트 장치는 만성 통증, 파킨슨씨병, 심부 뇌 떨림 현상, 심장 리듬 장애 그리고 신경 및 근육 장애와 같은 다양한 조건을 다룬다. 만약 장치 내에 있는 축전지가 전하량을 잃어버리게 되면, 그것들을 교체하기 위해 수술이 진행되기 때문에 불편함을 일으키고 감염의 위험이 있으며 치료 비용의 증가를 가져온다. 

이것이 애리조나 대학교 연구진들이 바꾸고자 하는 것이다. 그들이 연구 중인 우수한 무선 전력 접근법은 초음파 압전기(piezoelectric) 생산에 기반을 두고 있다. 그리스 어원으로 피에조(piezo)라는 말은 짜낸다(squeeze)는 말이다. 압전기 시스템 내에서, 물질은 전압을 생산하도록 짜내거나 스트레스를 받는다. 거꾸로, 적용된 전압은 압축이나 팽창을 일으킨다. 압전기 물질은 특수한 결정체 구조로 되어 있다. 연구팀이 개발한 압전기 시스템은 동물의 조직에 시험되어, 만족스러운 성과를 거두었다. 

"이 접근법의 목표는 사람에게 임플란트되는 파워 제너레이터(IPGs, implantable power generators)에 무선으로 전력을 전송하는 것이다. 충전 실험은 4.1볼트의 의학적 등급의 리튬-이온 축전지에 시행되었다. 300mA의 전류가 1.5cm 깊이까지 조직을 지나서 전달되었다. 5cm 깊이에서, 200mA가 전송되었다. 이러한 전류는 대부분의 의학적 등급의 충전용 축전지에 공급될 수 있는 정도"라고 미국 투손에 기반을 둔 피에조 에너지 테크놀로지(Piezo Energy Technologies)사의 출신이자 선임 연구원인 레온 제이. 라자임스키(Leon J. Radziemski)씨는 말했다. 

경험이 많은 초음파 연구원인 인더 마킨(Inder Makin) 박사와 함께, 연구팀은 초음파에 몇 시간 노출되어도 안전한 충전이 가능하다는 것을 실증화하기 위해 돼지로 이 장치를 시험했다. 이 시스템의 작동원리는 다음과 같다. 벽의 플러그나 축전지와 같은 전력 소스가 트랜스미터에 전원을 공급한다. 초음파는 간섭되는 조직을 통해 트랜스미터에서 임플란트 된 파워 제너레이터(IPG) 하우징의 압전기 리시버까지 통과한다. 트랜스미터를 설치한 이후에, 환자는 임플란트 장치와 통신하는 휴대용 장치로 프로세스를 제어할 수 있다. 충전이 완료되면, 임플란트 장치는 이것을 신호로 보내고 트랜스미터의 전원을 오프시킨다. 

무선 충전 전송방식(Wireless recharging transmission)은 전자기 충전(electromagnetic recharging)이라는 다른 기술이 사용되기 전부터 사용됐다. 만약 축전지로 전원을 공급받는 의학용 임플란트 장치 치료가 많아진다면, 충전되는 전력 옵션은 더 수요가 넓어지고 많아질 것이라고 연구팀은 예상하고 있다. 

"초음파 충전 축전지는 교체 시점 간의 시간을 상당히 연장할 수 있고, 헬스케어 비용과 환자의 관심사항을 줄일 수 있다"고 라자임스키(Radziemski)씨는 말했다. 다음 단계는 2년에서 5년 이내에 이 기술을 상업화하기 위한 추가 시험과 개발을 포함할 것이다.

출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

원문: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/12/131204181235.htm