엔지니어들은 살아 있는 조직과 의료용 임플란트에 손상을 주지 않고 전자 부품을 부착할 수 있는 장치를 만들었습니다

생체 조직에 전자 부품을 직접 인쇄하는 새로운 방법

레이스 대학의 엔지니어들은 표면을 손상시키지 않으면서 직물, 뼈 또는 외과용 임플란트에 전도성 잉크를 바로 “스케일링”할 수 있는 장치를 만들었습니다. 이는 메타✴‑NFS 시스템 – 메타물질에서 영감을 받은 근거리장 구조 덕분에 가능해졌습니다.

Meta✴‑NFS가 작동하는 방식
요소 기능 절단형 링 공진기 마이크로파 에너지를 포착하고 증폭합니다. 콘 모양 팁 강화된 파를 200 µm(0.008인치) 이하 영역으로 압축합니다. 그래핀 매개체는 최대 50%의 에너지를 흡수하여 재료를 정밀하게 가열할 수 있게 합니다. 결과적으로 잉크는 160 °C 이상의 온도에 도달하지만 주변 표면은 차갑게 유지됩니다.

전통적 방법과 다른 점
* 포인트 히팅 – 일반 인쇄 기술(오븐, 레이저)은 전체 영역을 가열해 조직과 의료 재료를 파괴합니다.

* 광 스케일링은 엄격한 파장 길이를 요구하여 대부분의 생물학적 재료를 제외합니다.

Meta✴‑NFS는 79.5%(표준 탐침이 8.5%)의 마이크로파 전력을 사용해 에너지를 매우 작은 부피에 집중합니다. 이는 은 나노입자의 결정 구조를 “실시간”으로 변경하여 저항을 거의 도체에서 절연체까지 세 개 차원 이상 변화시킬 수 있게 합니다.

데모 실험
재료 인쇄 내용 결과
생물학적 식물 잎 전도성 미세구조 손상 없이 성공적으로 스케일링됨
플라스틱, 실리콘, 종이 유사 구조 대상 영역만 가열됨
소뇨골(대퇴) 무선 변형 센서 작은 기계적 편차를 기록함
실리콘 케이스의 센서는 물속에서 300초 이상 전도성을 유지했으며, 보호되지 않은 재료는 2.5초 만에 파괴되었습니다.

실제 적용
* 정형외과 임플란트 – 이미 초고분자 폴리에틸렌(대부분 인공 고관절 및 무릎 관절 재료)에 무선 센서가 인쇄되어 있습니다. 이 센서는 구조를 방해하지 않고 실시간으로 마모와 응력을 추적합니다.

* 향후 방향: 삼키는 진단 장치, 조직과 직접 연결되는 전자 부품, 내장형 인쇄 전자 로봇.

프로젝트 리더의 코멘트
> “선택적으로 인쇄 재료를 가열할 수 있는 능력은 열에 민감한 재료 주변에서도 공간의 특정 지점에서 기능적 특성을 설정할 수 있게 해줍니다.” – 레이스 대학 공학 및 계산 과학 학교 부교수인 요안 린 콘이 말했습니다.

> “이는 복잡한 제조 조건이나 노동 집약적인 수작업 없이 데스크톱 프린터를 사용해 생체 고분자와 살아있는 조직에 임의 구성을 갖는 전자를 배치할 수 있는 길을 열어줍니다.”

따라서 Meta✴‑NFS는 의료 및 생물학적 응용 분야에서 인쇄형 전자 공학의 획기적인 발전을 의미하며, 살아있는 재료 위에 고정밀, 안전하고 유연한 장치를 직접 만들 수 있게 합니다.