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UMass Amherst 공과대학의 Jun Yao는 "심장 조직은 매우 특별합니다."라고 말했습니다. "그것은 기계적 활동, 즉 우리 몸에 혈액을 공급하는 수축과 이완을 갖고 있으며, 그 활동을 제어하는 전기 신호와 결합되어 있습니다."
대학에 따르면 '심장미세조직'은 인간줄기세포에서 배양해 성장 후 센서를 삽입하면 손상되기 쉬운 소재다. 따라서 기존 센서 매트릭스에서 방해받지 않고 성장할 수 있는 방식으로 성장해야 합니다.
조직에서 자체 생성된 전기 자극과 그에 따른 움직임을 모두 측정하여 샘플의 '여기-수축 결합'을 모니터링하는 것이 실험의 목표였습니다.
팀은 감지를 수행하기 위해 대략 셀 크기인 20 x 20μm 그래핀 트랜지스터를 설계했습니다. 채널은 전계 효과를 통해 로컬 전위에 의해 변조되는 동시에 자연적으로 압전 저항이기 때문에 기계적 움직임을 감지합니다.
“그래핀은 엄청나게 얇기 때문에 아주 작은 근육 수축이나 이완의 움직임도 기록할 수 있으며 심장 기능을 방해하지 않고 이를 수행할 수 있습니다.”라고 대학은 말합니다.
이 트랜지스터는 유연한 기판(재용도 SU-8 포토 레지스트)을 가로질러 뱀처럼 뻗어 있는 금 팔라듐 전도체 메시로 상호 연결됩니다. 도체 위의 질화규소 층은 조직 샘플로부터 도체를 절연합니다.
도체의 구불구불한 특성은 유연성뿐만 아니라 신축성을 더해 "인간 조직과 구조적, 기계적 특성이 밀접하고 심장 조직에 비침습적으로 적용할 수 있는 부드럽고 신축성이 있는 다공성 메쉬 지지체"를 생성한다고 UMass Amherst는 말했습니다.
동료 연구원인 Hongyan Gao는 “이전에는 누구도 이런 일을 해본 적이 없습니다.”라고 말했습니다. "그래핀은 매우 오랜 시간 동안 분해되지 않고 생물학적 환경에서 생존할 수 있으며 전도성을 잃지 않으므로 전체 성숙 과정에서 심장 미세 조직을 모니터링할 수 있습니다."
이 대학은 Nature Communications 논문 '심장 미세 조직의 다중 모드 여기-수축 역학 추적을 위한 수렴된 다기능성을 갖춘 그래핀 통합 메쉬 전자 장치'에 설명된 이 프로젝트에서 MIT와 협력했습니다.