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유회준 교수, 무선으로 마취 심도 측정할 수 있는 기술 개발
〈 유 회 준 교수 〉
우리 대학 전기및전자공학과 유회준 교수 연구팀이 고려대학교 구로병원 최상식 교수, ㈜케이헬쓰웨어(대표 노태환)와의 공동 연구를 통해 무선으로 마취의 심도를 정확하게 파악할 수 있는 측정기를 개발했다.
하언수 박사과정 학생이 주도한 이번 연구는 9일 미국 샌프란시스코에서 열린 반도체 학술대회인 국제고체회로설계학회(ISSCC)에서 발표됐다.
마취의 심도가 적정하게 유지되는 것은 환자에게 매우 중요하다. 마취가 얕으면 수술 도중 깨어나 큰 고통을 겪기도 하고, 반대로 마취가 너무 깊게 되면 심장발작, 합병증, 사망에 이르기도 한다.
프로포폴도 호흡을 억압하기 때문에 마취 심도가 깊어지면 사망 사고를 유발하기도 한다. 이런 사고 방지를 위해 마취 심도를 정량적으로 측정하려는 시도가 국내외로 활발하게 진행 중이다.
이러한 노력으로 개발된 마취심도계측기로 인해 마취 사고 발생률은 크게 낮아졌다. 그러나 기존의 제품들은 모니터링 장치에 연결하기 위해 긴 전선이 사용돼 번거로움을 유발한다. 또한 마취 약물 종류에 따라 심도를 측정할 수 없다는 한계가 있다.
연구팀이 개발한 마취 심도 모니터링 측정기는 마취 중인 환자의 이마에 접착된 패치를 통해 뇌파 신호 및 혈중 헤모글로빈 농도를 추출한다. 이를 정확히 제어하는 반도체 칩이 패치에 집적돼 무선으로 뇌파와 근적외선 분광 신호를 동시에 측정할 수 있다.
측정된 다중 신호들은 디지털 신호로 바뀌어 전달된 후 딥 러닝(Deep Learning) 기술을 이용해 환자의 마취 심도를 정확히 판단한다.
수술 시간이 길어지면 전극의 젤이 마르게 돼 뇌파 측정신호가 나빠지지만 연구팀은 이런 상황에서도 정확한 신호를 측정할 수 있는 회로 기법을 도입했다.
또한 실제 수술실에서 사용할 수 있는 초소형 근적외선 분광 센서가 붙어 있어 성별, 나이, 인종에 상관없이 유효한 신호 측정이 가능하다. 나아가 다중 신호를 이용하기 때문에 수술 중 전기 잡음을 유발하는 전기 소작기나 삽관 사용 중에도 신호 왜곡 없이 마취심도의 측정이 가능하다.
연구팀의 측정기는 기존 기기로는 측정이 불가능했던 케타민 등의 약물도 마취 심도를 측정할 수 있어 의료 분야에서 응용 가능할 것으로 기대된다.
유 교수는 “그동안 마취 심도 센서는 비싼 가격의 특정 외국회사 제품이 독점하는 형태였다”며 “환자들의 부담을 줄이면서 안전한 마취를 제공할 수 있어 새 제품을 개발할 수 있는 좋은 기회가 될 것이다”고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. 센서의 구성을 나타낸 모식도
그림2. 마취 심도의 측정 비교
2017.02.10 조회수 17784 -
남윤기 교수, 빛과 열로 신경세포의 활성을 억제하다
〈 남 윤 기 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 남윤기 교수와 박지호 교수 연구팀이 빛과 열을 통해 신경세포의 활성을 억제할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다.
이번 연구는 나노분야 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 9일자 온라인 판에 게재됐다.
신경세포는 활동 전위를 생성해 세포 사이의 정보를 교환하는 역할을 담당한다. 신경세포의 활성은 뇌기능을 이해할 수 있는 핵심 요소로 이를 조절하기 위해 전기 자극, 광유전학 등 다양한 방법의 기술이 연구됐다.
그러나 전기 자극은 신경세포의 활성 유도엔 효과적이나 그 반대인 활성 억제엔 기술적 한계를 갖는다. 광유전학은 빛으로 신경세포 활성을 조절할 수 있지만 유전자 조작이 까다롭고 다른 기술과의 결합이 어려웠다.
연구팀은 문제 해결을 위해 금 나노막대를 신경세포 칩에 결합하는 방법을 선택했다. 금 나노막대는 특정 파장대의 빛을 흡수해 열을 발생시키는 특성이 있어 광열 자극의 매개체로 사용 가능하다.
연구팀은 신경세포가 이 광열 자극에 노출될 경우 그 활성이 억제되는 현상을 발견했고 이를 응용한 전기 광학적 신경플랫폼을 제작했다.
근적외선을 선택적으로 흡수하는 금 나노막대를 합성한 후 생체 친화성을 갖는 중합체(polymer)로 코팅해 신경세포 칩 표면에 결합했다. 신경세포 칩 상의 금속 전극은 금 나노막대가 결합한 후에도 전기적 특성이 변하지 않아 신경세포 활성 측정에 적합하다.
금 나노막대가 결합한 칩에 신경세포를 배양하면 전기적으로 신경세포의 활성을 측정하는 동시에 광열 자극으로 신경세포의 활성을 억제함을 확인했다. 이 기술은 유전자 조작 없이도 빛으로 활성 조절이 가능해 기존의 광유전학 기술의 단점을 상쇄시켰다.
연구팀이 개발한 전기 광학적 신경플랫폼은 광유전학 기술의 대안이 될 것으로 기대된다. 또한 기존 신경플랫폼과 결합해 뇌기능 연구 및 뇌질환 치료에 다각적으로 활용 가능할 것으로 예상된다.
남 교수는 “나노입자와 신경세포를 결합해 새로운 자극 플랫폼을 제시했다”며 “기존의 전기적 신경 시스템을 활용하는 동시에 광열 자극으로 신경세포의 활성을 자유롭게 억제할 수 있다”고 말했다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 유상진 박사과정 학생이 1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 도약연구의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 금나노막대와 미세전극칩을 결합한 광-전기 복합 자극칩 플랫폼 모식도
2016.03.31 조회수 14014 -
과학기술위성 3호 우주관측 시험영상 최초 공개
- 국내 최초 근적외선 위성 카메라 탑재, 우주관측 영상 확보 -
우리 학교 인공위성센터에서 제작한 과학기술위성 3호가 지난 11월 21일 러시아 야스니 발사장에서 성공적으로 발사된 뒤 안드로메다 은하와 오리온 성운 및 로제타 성운을 촬영(’13.12.17, ’13.12.21, ’13.12.22)한 적외선 우주관측 영상이 공개됐다.
과학기술위성 3호는 현재 초기 운영 및 검․보정을 진행 중으로 탑재체 기능 점검 중 성능 검증을 위하여 촬영된 첫 시험영상이다.
이번에 촬영한 안드로메다 은하(M31)는 지구에서 가장 가까운 (약 200만 광년) 나선은하로서, 과학기술위성 3호에 탑재된 적외선 우주망원경으로 관측한 첫 적외선 영상이다.
과학기술위성 3호는 발사 이후 위성 상태, 자세 제어 기동 성능, 태양전지판 전개, 우주관측 적외선영상 관측 기능 등 우주관측 탑재체 구성품 전반의 기능 점검을 거쳤으며,
"14년 2월까지 정상 궤도에서 최종 검․보정 작업을 진행한 이후, 2년간 600km 상공에서 우리은하에 있는 고온 가스의 기원 연구를 위한 은하면 탐사와 우주 초기 상태를 예측할 수 있는 적외선 우주배경복사에 관한 영상정보를 수집한다.
과학기술위성 3호와 함께 러시아 드네프르 발사체에 실려 우주로 향했던 두바이샛 2호*도 지난 12월 6일 북한과 미국, 중국, 이탈리아, 말레이시아, 남아프리카 일대를 촬영한 위성사진을 공개한바 있으며, 경희대 큐브위성도 2대(CINEMA 1,2) 모두 교신에 성공하여 본격적인 임무수행을 위한 검․보정 작업을 진행 중이다. * 위성전문제작회사 쎄트렉아이가 아랍에미리트에 수출한 상용지구관측위성
앞으로 미래부는 과학기술위성3호의 지구관측 적외선카메라와 소형 영상 분광기, 핵심우주기술 부품의 기능 및 성능 점검도 ’14년 2월까지 완료할 계획이다.
지구관측 적외선 영상과 분광영상은 산불탐지, 도시 열섬현상, 홍수피해 관측, 수질예측 등에 필요한 기초 연구 및 국가재난․재해 모니터링 등에 활용될 예정이며, 위성 본체에 적용된 핵심부품의 우주 검증을 통해 실용위성의 우주기반 기술 확보 등에도 기여할 것으로 기대된다.
<우주관측 적외선 영상 - 안드로메다 은하>
2013.12.26 조회수 15163 -
바이오 및 뇌공학 연구의 선두주자, 최철희 교수
2011년 10월 21일 금요일 YTN 사이언스 "노벨원정대 사이언티스트" 프로그램에 바이오 및 뇌 공학연구의 선두주자로 우리 학교 바이오 및 뇌공학과 최철희 교수가 "세계최초! 근적외선 하지관류측정법 개발 극초단파레이저를 이용한 신경약물 전달법 개발!"이라는 주제로 방영됐다.
http://www.sciencetv.kr/_comm/pop_mov.php?s_mcd=0187&s_hcd=&key=201110211322425331
다큐멘터리에서는 당뇨병과 뇌질환 해결의 열쇠를 발견한 우리 학교 바이오 및 뇌공학과 최철희 교수에 대해 소개하고 있다.
기초생물학과 임상과학, 생물정보학, 바이오광학을 접목한 융합 연구의 선두 주자로서 당뇨병성 말초혈관 질환을 진단할 수 있는 신개념의 의료영상 기법과 극초단파레이저를 이용한 신경약물전달 기술의 개발 등 실제적인 융합 연구의 우수한 실적을 인정받아 노벨원정대 사이언티스트 여섯 번째 주인공으로 소개됐다.
2011.10.24 조회수 13621 -
정문술 이사장 기부 8년만에 ‘정문술 빌딩’ 생애 첫 방문
- 2001년 300억기부로 탄생한 정문술빌딩
- 바이오및뇌공학과 최철희교수팀 관류측정 기술 한계를 극복한 ‘말초조직의 기능적 혈액관류측정기술’상품화
KAIST 정문술(71) 이사장이 자신의 기부금으로 건립된 ‘정문술 빌딩‘의 바이오및뇌공학과를 기부 8년만인 오는 19일 첫 공식 방문한다.
이 빌딩은 지난 2001년 鄭 이사장이 낸 기부금 300억 가운데 110억원을 들여 지하1층, 지상11층 규모로 2003년 8월에 완공됐다. 그러나 정 이사장은 이 빌딩의 기공식, 준공식 행사에 참석하지 않았다. 그동안 KAIST를 여러 차례 방문했으나 자신의 기부로 만들어진 이 빌딩엔 단 한 번도 방문하지 않았다.
“정문술빌딩에서 국민에게 희망을 주는 신기술이 나오기 전에는 들어가지 않겠다.”는 그의 신념 때문이었다.
최근 鄭 이사장의 기부에 의해 탄생한 바이오및뇌공학과가 정이사장의 기대에 부응하는 새로운 기술을 개발했다. 鄭 이사장은 이 학과를 방문해 최근 개발한 ‘말초조직의 기능적 혈액관류 측정기술‘ 등 2002년 학과 설립 후 약 7년간의 연구성과를 살펴보고, 교수,학생들과 간담회를 갖는다.
바이오및뇌공학과 최철희 교수팀이 개발한 ‘말초조직의 기능적 혈액관류 측정기술’은 혈관에 주입된 근적외선 조영제(인도시아닌그린)를 광학영상장비로 실시간 촬영해 얻은 동적영상으로부터 약물동역학 분석을 통해 관류율(%/min)을 계산하는 기술이다.
연구팀은 바로 이 기술의 임상 적용 연구를 수행해 동역학을 관류율로 계산하는 자동화분석 프로그램과 하지 영상이 가능한 근적외선 영상장비를 개발했다.
연구팀이 개발한 자동화 프로그램을 통해 측정된 하지의 관류율은 ‘관류맵’으로 표시되며 조직의 평균관류율을 진단결과로 제시한다.
특히 연구팀은 이 기술을 이용해 하지허혈질환인 하지동맥경화 질환의 진단 여부를 검사한 결과 민감도 81%, 특이도 88%라는 높은 진단율을 얻었다.
개발된 기술은 기존의 혈관조영을 위한 CT나 MRI 영상장비처럼 높은 비용을 요구하지 않는 비교적 간단한 광학 영상 장비를 이용하기 때문에 침상에서 바로 진단이 가능할 뿐 아니라 손쉽고 저렴한 하지혈류 정기검진 방법으로도 매우 적합하다.
동맥경화와 당뇨병 등 관류 장애를 유발하는 심혈관계 질환은 사망원인의 상위를 차지하는 질병이다. 따라서 기술의 한계를 극복하는 의료기기를 개발하여 원천기술을 확보한 연구팀의 성과는 관류측정 의료기기 시장에서 산업적으로 큰 파급효과를 보일 것으로 전망된다.
현재 이 기술은 미국, 일본, 유럽 등에서 특허가 진행되고 있으며, 해외시장에도 기술을 이전할 수 있을 것으로 전망된다. 또한 이 기술은 임상뿐 아니라 신약개발의 전임상 단계에서 약효를 검증할 수 있는 동물실험에도 응용 가능하여 혈류 개선 약물 개발 및 신생혈관 생성억제제 연구에도 응용될 것으로 기대된다.
이 기술은 해부학적 혈관구조를 영상화하는 기존의 기술과는 달리 기능적 혈류를 측정하는 기술이다. 따라서 혈관구조의 변화를 초래하기 이전에 혈류의 이상이 오는 단계에서 조기진단이 가능해 고혈압 및 당뇨 환자의 하지혈류저하 조기진단 검진기술로 응용 가능하다.
또한 동물실험에도 응용할 수 있어 동물용 근적외선 영상 장비 제작을 통한 산업화, 자동화 소프트웨어 개발을 통한 신생혈관 생성, 혈관투과율, 관류율 등 여러 가지 혈관생리에 관련된 실험결과 등을 제시할 수 있는 프로그램으로 개발할 수 있다.
연구팀은 향후 당뇨 및 고혈압 환자 등의 진단 가능성 여부를 위한 임상시험을 진행할 예정이다. 그리고 이를 바탕으로 혈관내피세포 기능 분석 영상장비를 개발할 계획이다.
연구팀은 현재 (주)뷰웍스에 기술을 이전하고 하지관류측정용 근적외선 영상 시스템 생산라인을 구축하고 있다. 이를 통해 연구팀은 임상시험에서 얻은 노하우를 바탕으로 시제품을 더욱 보완한 영상 장비를 제작할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 생체광학영상 분야의 지속적인 개발을 위하여 KAIST와 (주)뷰웍스 공동으로 광학생체영상센터를 개설하여 산학협동 연구를 활성화하며 인력개발 및 고용창출에도 힘을 쏟을 예정이다.
2009.10.19 조회수 23710 -
전자전산학과 이민영씨, 최우수 학생논문상 수상
세계 13개국 75여편 논문 가운데서 최우수 학생논문으로 선정
전자전산학과(지도교수: 이희철) 박사과정에 재학중인 이민영(李民永, 32)씨가 최근 개최된 국제학술대회에서 최우수 학생논문상을 수상했다.
지난 9월 말 미국 보스턴에서 개최된『2005년 II-VI족 화합물 반도체에 관한 물리 및 화학 미국 워크숍(2005 U.S. WORKSHOP on the PHYSICS and CHEMISTRY of II-VI MATERIALS)』에서 표면처리에 따른 감마방사선이 미치는 영향에 관한 논문으로, 13개국 75여 편의 논문 가운데 최우수 학생논문으로 선정되었다.
이번 수상에 대해 이희철 지도교수는 “전 세계의 여러 나라에서 발표한 많은 논문들 가운데 우리나라 학생의 논문이 최우수 논문상으로 선정되어 자랑스럽다"고 말하면서, “국내에서 적외선소자 제작 및 분석에 관한 연구를 주도적으로 해온 KAIST 적외선센서연구실(IRIS)의 노력의 결실”이라고 그 의미를 밝혔다.
한편, 『II-VI족 화합물 반도체 분야 국제학술대회』는 적외선, 자외선, x선, 및 감마선 감지소자에 널리 쓰이는 II-VI족 화합물 반도체의 물리적, 화학적 특성 분석 및 응용에 초점을 맞추어 매년 미국에서 개최되며, 이 학회에 발표된 논문은 전자재료학회지(Journal of Electronic Material)에 게재된다.
▶논문제목
브롬 및 히드라진 처리한 HgCdTe 광다이오드에 미치는 감마방사선의 영향 비교 (A Comparison of Gamma Radiation Effects on Bromine- and Hydrazine-treated HgCdTe Photodiodes)
▶ 논문저자 : 이민영, 김영호, 이남호, 이용수, 이희철
▶ 논문내용
우주공간이나 원자력발전소와 같이 방사능 물질-이를테면, 감마선, 알파선, 중성자 등-에 노출되기 쉬운 환경에서 적외선 센서의 수요가 나날이 증가하고 있는데, 이러한 적외선 센서 제작에 주로 사용되는 물질이 HgCdTe이다. 적외선대역에 쓰이는 물질이기 때문에 에너지 밴드갭이 0.1~0.2eV 정도로 아주 작아 표면처리 및 표면보호막의 종류에 따라 소자의 특성이 현저히 달라진다. 본 논문에서는 표면보호막을 ZnS/CdTe 이층구조로 고정하고, 표면처리방법으로 기존에 널리 사용되던 브롬 처리와 새롭게 도입한 히드라진 처리를 하였을 때, 감마방사선 조사에 따른 소자의 특성변화를 비교 평가하였다.
▶ 최우수논문상 선정이유
감마방사선 조사에 따른 특성변화를 체계적으로 잘 분석하였으며, 새롭게 도입한 히드라진 처리법의 우수성을 I-V, C-V 및 XPS 표면분석 등을 통하여 훌륭하게 입증하였다.
▶ 수상 소감
적외선센서에 관한 연구가 국내 학계에서 점점 희박해지고 있는 가운데 받게 된 상이라서 개인적으로 더 뜻이 깊고, 남은 연구에 큰 힘이 될 것 같다.
2005.10.20 조회수 20965