그림 1: 스마트 반창고는 얇은 플라스틱 조각 위에 금 전극을 프린팅함으로써 만들어진다. 이러한 플렉서블 센서는 눈에 보이지 않는 욕창을 감지하는 임피던스 분광학을 사용한다.
버클리 캘리포니아 대학 공학자들은 종이에 베인 상처나 긁힌 무릎에서 흐르는 피를 멈추게 하는 것 외 다른 기능이 있는 새로운 종류의 반창고를 개발하고 있다. 플렉서블 전자 소자의 진보로 인해 UC 샌프란시스코와 협동으로 연구원들은 눈으로 확인하기 전에 회복이 가능한 욕창에서 빠른 조직 손상을 감지하기 위해 전류를 사용하는 새로운 스마트 반창고를 개발했다.
연구팀은 손상이 피부 표면에 이르기 전, 욕창이 형성될 때 욕창을 감지할 수 있는 반창고를 만들기 시작했다. 연구팀은 이러한 것이 환자의 추출 검사 타겟 영역을 위해 간호사에 의해 수행되거나, 어떻게 치료되는지를 규칙적으로 감시하기 위해 화상 치료제에 포함될 수 있다.
연구팀은 건강한 세포가 죽기 시작할 때 일어나는 전기 변화를 이용하였다. 연구팀은 생쥐 피부 표면에서 얇으면서 비침윤성인 반창고를 테스트하였고, 소자가 여러 동물들에서 일관성있게 다양한 조직 손상 정도를 감지할 수 있다는 것을 발견하였다.
네이쳐 커뮤니케이션지 최근 게재된 결과들은 연간 11억 달러로 대략 2.5백만명의 미국인에 영향을 주는 건강 문제를 해결하는데 도움을 줄 것으로 기대된다.
욕창은 장기적인 압력이 피부로 적절한 혈액 공급을 중단시킴으로써 나타날 수 있는 상처들이다. 발뒤꿈치, 엉덩이, 꼬리뼈와 같은 신체의 뼈 일부를 덮는 영역들은 욕창일 일어나는 쉬운 곳이다. 아파서 누워 있거나 움직임이 적은 환자들이 가장 위험하다.
피부 표면에서 욕창의 신호를 발견한 뒤에는 상처를 치료하기 너무 어렵게 된다. 이러한 새로운 반창고는 상처가 영구적이기 전에 치료하기 쉽게 조기 경보 시스템을 제공할 수 있다. 만약 초기에 욕창을 발견할 수 있다면, 해결책은 쉽다. 단지 압력을 없애면 된다.
욕창은 죽은 패혈성 감염과 연관되고, 최근 연구는 죽는 환자의 특이성이 환자가 욕창을 가지고 있을 때, 2.8배 더 높다는 것을 보여준다. 당뇨병과 비만이 증가함에 따라 욕창의 위험 인자들도 함께 증가하고 있다.
이러한 소자의 우수성은 손상을 평가하는 조직의 전기 특성들에서 보여지는 것이다. 현재 임상 실습에서 이를 다룰 수 있는 방법이 없다. 이는 지난 50년 동안 사람들이 해결하기 위해 노력해온 주된 문제이다. 이러한 임상 문제와 고군분투하고 있는 사람들과 임상의에게 이러한 반창고는 매우 좋은 해결 방안이다.
그림 2: 연구팀은 극한의 범위에서 욕창을 만드는 피부에 적용된 압력의 양을 변화시켰다. 오렌지색 육각형은 반창고가 어느 표면에 놓이는지를 나타내고, 청색 동그란 점은 압력이 어디 조직에 적용되었는지를 보여준다. “가역성 손상” 예는 상처가 피부 표면에 보이지 않을 때, “스마트 반창고” 임피던스 센서의 민감도를 나타낸다.
연구팀은 얇고 플렉서블한 필름 상에 12개의 전극 어레이를 프린트하였다. 연구팀은 임피던스 분광학으로 불리는 기술, 서로 다른 주파수에서 전기 흐름을 기반으로 한 근본적인 조직의 공간 맵을 만들기 위해 전극들 사이에서 아주 적은 전류를 방전하였다.
연구팀은 세포의 멤브레인이 기능이 제대로 이루어질 때 상대적으로 비침투성이라는 것을 지적했다. 이에 따라, 세포의 전도성 결과에 대해 절연체와 같이 행동하고, 캐패시터가 변화한다. 세포가 죽기 시작할 때, 세포벽의 완전한 상태는 저항기와 같이 전기 신호를 누설하면서 부서지기 시작한다.
연구팀의 소자는 생명체에서 건강 조직이 임피던스 분광학을 이용하여 국부적으로 맵화될 수 있는 종합 실험이다.
압력 상처를 흉내내기 위하여 연구팀은 부드럽게 두 자석 사이에서 생쥐의 피부를 짰다. 연구팀은 생쥐가 일반 행동을 다시 하는 한 시간 혹은 세 시간 동안 자석을 그곳에 두었다. 자석이 제거된 후 혈류의 재개는 세포 죽음을 가속화시켰던 염증과 산화 손상을 야기하였다. 스마트 반창고는 상처의 진행을 추적하기 위하여 적어도 3일 동안 하루에 한 번 데이터를 수집하기 위해 사용되었다.
스마트 반창고는 죽고 있는 세포의 표시인 증가된 멤브레인 투과성과 연관된 전기 저항에서의 변화들을 감지할 수 있었다. 한 시간의 압력은 가벼우면서 가역성 조직 손상을 만들었고, 반면에 3시간의 압력은 더 심각하고 영구적인 상처를 만들었다.
이러한 연구를 새롭게 만드는 일들 중 하나는 이 기술이 어떻게 복합 조직에서 진행 중인 상처를 관찰하는데 사용될 수 있는지를 이해하기 위해 종합적으로 접근했다는 것이다. 과거 사람들은 조직에서 상대적으로 간단한 측정들 혹은 세포를 위해 임피던스 분광학을 사용하였다. 이를 특이하게 만드는 것은 신체에서 진행 중인 상처들로부터 유용한 정보를 추출하고 감지하기 위해 확장하는 것이다. 이것은 큰 도약이다.
이러한 반창고와 다른 스마트 반창고 연구에 대한 전망은 밝다.
기술이 점점 축소화됨에 따라, 신체가 질병과 상처를 가진 반응들에 대해 더 많은 것을 배움에 따라, 매우 지능적인 반창고를 만들 수 있다. 미래에는 반창고가 환자 보살핌을 개선하는데 사용될 수 있는 많은 흥미있는 정보를 사실상 리포트할 수 있을 것이다.
