망막 임플란트로 만들어지고 레이저 조명으로 활성화되면 생체 적합성 나노복합 재료는 질병이 있는 망막의 세포를 음향적으로 자극하여 뇌의 시각 피질에 신호를 보내는 가능성을 보여준다.

“갈 길이 멀긴 하지만, 우리 재료를 즉시 응용하면 시력 상실로 고통받는 환자들에게 '시력과 같은' 경험을 제공하는 데 사용할 수 있는 망막 보철물을 생산하는 것이다.”라고 연구 결과는 말한다. 팀원인 알렉산드라 패터슨(Alexandra Patterson)은 존스 홉킨스 대학교 휘팅 공과대학 재료 과학 및 공학부 대학원생으로 재료 과학 및 공학 교수인 제임스 스파이서(James Spicer)와 함께 프로젝트에 참여했다. "그러나 이 물질은 에너지 생산, 정밀 측정 및 이미징뿐만 아니라 다른 의학 분야에도 잠재적으로 응용될 수 있다."

연구팀이 개발한 부드럽고 유연한 소재에는 팔라듐이라는 금속 나노입자가 포함되어 있어 빛을 음파로 변환하여 망막 세포를 활성화할 수 있다. 실리콘 매트릭스 내부에서 직접 입자를 성장시키는 특수 기술을 사용하면 결과물이 저전력 펄스에 노출될 때 강력하고 자극적인 음파를 생성할 수 있다는 것이 보장되었다.

연구팀은 X선 회절 및 투과 전자 현미경을 사용하여 실리콘 매트릭스 내 팔라듐 입자의 크기와 배열을 확인한 다음 샘플이 빛을 흡수하거나 투과하는 방식을 측정하는 도구인 분광 광도계를 사용하여 광학 특성을 평가했다.

"우리는 이 응용 분야에서 재료가 레이저에 노출될 때 생체 적합하고 안정적이며 견고해야 한다는 것을 배웠다. 이는 달성하기 어려운 일련의 특성이다."라고 패터슨은 말한다. "한 영역의 성능 향상은 다른 영역의 성능 저하를 의미할 수 있다."

현재 팀의 다른 구성원은 이 물질이 망막 세포와 어떻게 상호 작용하는지 테스트하고 있으며 패터슨과 스파이서는 새로운 물질을 특정 곡선 모양으로 변환하는 방법을 연구하고 있다.

"지금까지 우리가 만든 모든 재료는 편평했기 때문에 우리의 다음 노력은 임플란트 재료의 바람직한 특성을 유지하면서 인간 망막의 윤곽을 따르는 재료를 개발하는 것이다."라고 패터슨은 말한다.

자율성, 로봇 공학, 재활 기술, 중재 및 진단 의학 분야의 응용 프로그램을 통해 AI, 컴퓨터 비전 및 광학 시스템 전반에 걸쳐 초점 영역을 포괄하는 팀을 이끄는 세스 빌링스(Seth Billings)는 이 연구 그룹이 이룩한 발전은 “퇴행성 망막 질환으로 인한 불치의 실명을 치료하기 위해 광음향학을 활용하려는 우리 전략의 핵심 기둥이다. 이 물질은 광음향을 사용하여 달성할 수 있는 자극 효과를 향상시킬 뿐만 아니라 직접적인 레이저 노출로부터 망막의 민감한 조직을 보호하는 이중 기능도 수행할 것이다.”

연구진은 지난 여름 한국에서 열린 2023 IEEE 23차 나노기술 국제회의에서 연구 결과를 발표했다.

그들의 작업은 화이팅 공과대학과 응용물리학 연구실 간의 수백만 달러 규모의 이니셔티브인 JHU의 SURPASS 프로그램의 지원을 받다.

출처: 존스홉킨스대학교