의료 기기를 제거하는 더 쉬운 방법

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MIT 연구진은 금속이 파손되는 현상을 이용하여 신체 내부에서 스텐트, 스테이플 또는 약물 저장소로 사용할 수 있으며 더 이상 필요하지 않을 때 필요에 따라 안전하게 분해할 수 있는 의료 장치를 설계했습니다.

연구진은 알루미늄으로 만든 생체의학 장치가 공융 갈륨-인듐(EGaIn)으로 알려진 액체 금속에 노출되면 분해될 수 있음을 보여주었습니다. 실제로 이는 피부를 고정하는 데 사용되는 스테이플에 액체를 칠하거나 EGaIn 미세입자를 환자에게 투여하는 방식으로 작동할 수 있습니다.

이러한 방식으로 이러한 장치의 분해를 촉발하면 장치를 제거하기 위한 수술이나 내시경 절차가 필요 없게 될 수 있다고 연구원들은 말합니다.

"이것은 여러 환경에 적용할 수 있는 정말 극적인 현상입니다."라고 MIT 기계 공학과 Karl van Tassel 경력 개발 조교수이자 Brigham and Women's Hospital의 위장병 전문의인 Giovanni Traverso는 말합니다. "이를 통해 잠재적으로 내시경 검사나 장치 제거를 위한 수술 절차와 같은 개입이 필요하지 않은 시스템을 보유할 수 있는 능력이 가능해졌습니다."

Traverso는 Advanced Materials에 게재된 이 연구의 수석 저자입니다. MIT 박사후 연구원인 Vivian Feig가 이 논문의 주요 저자입니다.

금속 분해

몇 년 동안 Traverso의 연구실에서는 며칠 또는 몇 주 동안 소화관에 남아 특정 일정에 따라 약물을 방출할 수 있는 섭취 가능한 장치를 연구해 왔습니다.

이러한 장치의 대부분은 폴리머로 만들어졌지만 최근 연구자들은 더 강하고 내구성이 뛰어난 금속을 사용할 가능성을 모색하고 있습니다. 그러나 금속 장치를 배송할 때의 과제 중 하나는 더 이상 필요하지 않은 금속 장치를 제거할 수 있는 방법을 찾는 것입니다.

신체 내부에서 필요에 따라 분해될 수 있는 장치를 만들기 위해 MIT 팀은 액체 금속 취성이라는 현상에서 영감을 얻었습니다. 이 공정은 아연 및 스테인리스강으로 만든 구조물을 포함한 금속 구조물의 파손 원인으로 잘 연구되었습니다.

Feig는 “액체 금속의 특정 조합이 실제로 고체 금속의 결정립 경계에 들어가서 극적으로 약해지고 파손될 수 있는 것으로 알려져 있습니다. "우리는 알려진 고장 메커니즘을 생산적인 방식으로 활용하여 이러한 생체의학 장치를 구축할 수 있는지 확인하고 싶었습니다."

취성을 유발할 수 있는 액체 금속의 한 유형은 갈륨입니다. 이번 연구를 위해 연구진은 과학자들이 생물의학은 물론 에너지 및 유연한 전자공학 분야의 다양한 응용 분야를 위해 탐구해 온 갈륨 합금인 공융 갈륨-인듐을 사용했습니다.

장치 자체의 경우, 연구원들은 갈륨에 노출되면 부서지기 쉬운 것으로 알려진 알루미늄을 사용하기로 결정했습니다.

갈륨은 두 가지 방식으로 알루미늄과 같은 고체 금속을 약화시킵니다. 첫째, 금속의 입자 경계(금속을 구성하는 결정 사이의 경계선)를 통해 확산되어 금속 조각이 부서질 수 있습니다. MIT 팀은 다양한 유형의 입자 구조를 가진 금속을 설계하여 금속이 작은 조각으로 부서지거나 특정 지점에서 파손될 수 있도록 함으로써 이러한 현상을 활용할 수 있음을 보여주었습니다.

갈륨은 또한 알루미늄이 표면에 보호 산화물 층을 형성하는 것을 방지하여 금속의 물 노출을 증가시키고 품질 저하를 촉진합니다.