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Research

귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침 개발

  • 조회. 127
  • 등록일. 2020.12.28
  • 작성자. 홍보팀

- DGIST 인수일 교수 연구팀, 귀금속 나노입자의 특성을 활용한 새로운 한방침 제작기술 개발
- 높은 전기화학학적·전기생리학적 효과를 통한 한의학과 대체의학 분야에 새로운 영향 기대돼

 

관련사진1.DGIST 에너지공학전공 인수일 교수

 

 

 DGIST 에너지공학전공 인수일 교수팀이 ‘귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침’을 개발했다. 대구한의대학교 한의학과 이봉효 교수팀과 공동으로 진행한 이번 연구는 귀금속 나노입자를 적용한 기술을 다공성 침에 접목한 것으로, 향후 한의학·대체의학 분야에서 새로운 혁신기술로 부상할 것으로 기대된다.

 2016년 다공성 침을 개발했던 인수일 교수 연구팀은 개발된 다공성 침에 나노기술 표면처리공법을 적용해 좀 더 향상된 한방침 개발을 위한 연구를 진행했다. 그 결과, 금, 은, 백금 나노입자를 도포한 새로운 형태의 침 제작기술 개발에 성공했다.

 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침은 표면에 나노미터(nm=10억분의 1m)에서 마이크로미터(μm=100만분의 1m)에 이르는 미세한 기공이 있는 구조를 가지고 있다. 여기에, 100nm 이하의 귀금속 나노입자가 다공성 침의 미세한 구멍 사이사이 균일하게 도포되어있다. 이는 침의 표면적을 최대 37배까지 넓혀, 침에 의한 전기화학적, 전기생리학적 신호증폭에 매우 탁월하다.

 특히, 은 나노입자가 도금된 다공성 침은 전기화학적·전기신경생리학적 특성이 가장 뛰어나, 만성 알코올 중독 치료 실험에서 실험동물의 알코올 해독에 탁월한 효과를 확인할 수 있었다. 이에 따라 향후 만성 알코올 중독을 포함한 다양한 치료에 큰 효과를 낼 수 있을 것으로 예상하고 있다.

 대구한의대 이봉효 교수는 “귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침을 활용한 연구결과는 동양의학의 침 치료를 한 단계 더 성장시키는 기반을 만든 것”이라며, “이번 연구가 한의학 의료기술의 질적 향상에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 말했다.

 DGIST 에너지공학전공 인수일 교수는 “기존의 다공성 침을 더욱 발전시킨 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침은 새로운 나노·한의약 융복합기술의 결정체다”며, “계속해서 관련 연구를 진행해 상용화 실현을 위해 온 힘을 쏟겠다”고 말했다.

 한편, 이번 연구는 보건복지부 한의기반융합기술개발사업으로 진행됐으며, 화학 분야 국제학술지 ‘RSC Advances’ 10호에 12월 9일(수) 온라인에 게재됐다.


 연구결과개요 

Noble Metal Sensitized Invasive Porous Bioelectrodes: Advanced Medical Device for Enhanced Neuronal Activity and Chronic Alcohol Treatment
Hong Soo Kim, Hansaem Choi, Monica Claire Flores, Abdul Razzaq, Young Seob Gwak, Danbi Ahn, Mi Seon Kim, Ogan Gurel, Bong Hyo Lee * and Su-Il In*
(RSC Advances, published on December 9th ,2020)

 침의 사용은 난치성 통증, 약물 중독, 정신 질환, 뇌졸중 재활을 포함한 다양한 병증에 대한 효과적인 치료 방식으로 오랫동안 사용되고 있다. 본 연구팀은 전기화학적 나노공법을 활용한 ‘다공성 침’의 표면에 나노기술 표면처리공법을 적용한 새로운 형태의 침인 ‘귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침’을 개발하였다.
 개발한 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침은 균일한 다공성 구조와 나노입자가 도포되어 일반 침에 비해 최대 37배 높은 표면적을 가지고 있다. 또한, 시침 및 자극 전후의 척수 신경절 세포에 분포된 WDR(Wide dynamic range)와 LT(Low threshold) 신경활성도가 크게 향상됨을 확인하였다. 특히, 높은 전기화학적, 전기신경생리학 특성을 가지는 은 나노입자가 도금된 다공성 침은 만성 알코올 중독 치료에 큰 효과가 있다는 것을 확인하였다. DOI: 10.1039/D0RA07922G

 

  연구성과문답  

Q. 이번 성과 무엇이 다른가?
 종래 침에 대한 연구는 직경의 변화, 삽입 깊이 등의 시침방법 혹은 그래핀 등의 전기전도도가 우수한 물질의 침 표면도금을 통해 치료효과를 향상시키고자 하였다. 그러나 종래의 연구들은 침 치료의 소프트웨어 측면에만 몰두하였거나, 복잡한 공정과정을 통한 침 제조 등 다양한 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 생체적합성과 치료효과가 뛰어난 다공성 침에 전기전도성이 뛰어난 귀금속 나노입자를 간단한 표면처리공법을 적용한 새로운 형태의 침을 제작하였다.

Q. 어디에 쓸 수 있나?
 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침은 전기생리학적 특성이 뛰어나 난치성 통증, 약물중독, 정신질환, 만성 중독 등 다양한 분야에서 한의 임상 진료에 활용될 수 있다.

Q. 실용화를 위한 과제는?
 현재 생체적합성 귀금속나노입자 도포기술개발을 위한 후속연구를 진행하고 있다. 동시에 생체적합성 물질에 대한 조사 및 테스트 등과 같은 다른 연구들도 병행하며 실용화를 앞당기고자 한다.

Q. 연구를 시작한 계기는?
 전 세계적으로 근거중심의학에 대한 관심이 증가하면서 침에 대한 유효성평가와 임상연구가 활발히 진행되고 있다. 국내 한의학 분야에서도 침을 활용한 치료의 수요는 높으나, 연관된 치료법 및 침 연구에 대한 기술성장이 침체되어 있다. 따라서 이를 해결할 수 있는 새로운 형태의 침 개발연구에 대한 관심이 높아졌다. 그 중 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침은 넓은 표면적과 높은 전기화학적ㆍ전기생리학적 특성을 가질 수 있으며, 치료효과가 뛰어날 것으로 판단되어 연구를 시작하게 되었다.

Q. 어떤 의미가 있는가?
 한의학 분야에서 새로운 형태의 침 구조의 높은 전기생리학적 특성을 바탕으로, 기존의 침에 비해 더 우수한 치료 가능성을 제시할 수 있었다는 것에 큰 의미가 있다고 생각한다. 지금까지 한의학 연구자 및 임상가들이 침 치료 효과의 향상을 위해 소프트웨어 측면에만 몰두해왔던 패턴에서 벗어나, 하드웨어로 인식을 전환하도록 하는 계기를 마련한 것으로 생각된다.

Q. 꼭 이루고 싶은 목표는?
 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침은 나노입자에 대한 생체적합성 및 독성 문제에 대한 해결이 필요하다. 지속적인 후속 연구로 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침을 실용화 수준까지 도달하고자 하며, 또한, 차세대 침으로서의 사업화 기반을 마련하고자 한다.


  그림설명  

[그림 1] 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침 개발을 위한 표면개질 전략방법 모식도

관련사진2.귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침 개발을 위한 표면개질 전략방법 모식도

본 연구팀이 개발한 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침의 표면개질 전략방법 모식도. (a) 일반 침을 (b) 양극산화 표면처리를 통해 다공성 구조로 만든 후, (c) 전기화학적 도금기법을 활용하여 귀금속 나노입자가 도금된 것을 설명.
 

[그림 2] 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침의 FESEM 이미지
관련사진3.귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침의 FESEM 이미지

 

(a) 일반 침과 (b) 다공성 침, 그리고 (c) 은, (d) 금, (e) 백금 나노입자가 도금된 다공성 침의 FESEM 이미지 및 (f) 나노입자 사이즈 분포도.


[그림 3] 귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침의 전기신경생리학 실험과 만성 알코올 중독 치료 실험

 

관련사진4.귀금속 나노입자가 도금된 다공성 침의 전기신경생리학 실험과 만성 알코올 중독 치료 실험

(좌측 그림 설명) 

일반 침과 다공성 침, 그리고 은, 금, 백금 나노입자가 도금된 다공성 침의 시침 및 자극 (a) 전과 (b) 후의 LT, WDR 신경활성도 변화를 확인.

(우측 그림 설명) 
일반 침과 다공성 침, 그리고 은 나노입자가 도금된 다공성 침의 만성 알코올 중독 치료 효과를 확인.

 
https://scholar.dgist.ac.kr/researcher-profile?ep=1147

 

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