Research Performance

[공과대학] 홍진기 교수팀, 중앙대 이상민 교수팀과 인체 매개 피부 자극 에너지 전달 시스템 개발

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  • Writer 연세기술지주
  • Date 21.09.01

홍진기 교수팀, 중앙대 이상민 교수팀과 인체 매개 피부 자극 에너지 전달 시스템 개발

신체활동을 통해 스스로 세포를 활성화시킬 수 있는 기술 개발

셀프케어 연구 분야의 새로운 방향성과 높은 실용화 가능성을 제시

크라우드 펀딩을 통한 실제 상품 선보일 예정


[사진 1. 홍진기 교수(왼쪽)과 중앙대 이상민 교수]


공과대학 화공생명공학과 홍진기 교수 연구팀은 중앙대 이상민 교수(기계공학부) 연구팀과의 공동연구로 인체를 통해 인간 스스로 세포를 활성화시킬 수 있는 기술을 개발했다.


본 연구에서는 신체활동에서 발생하는 전기적 에너지 손실이 인체를 통해 전달되고 원하는 부위에 전기장을 집중시킬 수 있다는 것을 세계 최초로 발견했으며, 궁극적으로는 일상생활에서 신체활동으로 인한 에너지 손실을 세포 활성화의 에너지원으로 활용할 가능성을 제시했다.


최근 에너지 프로슈머, 셀프케어 트렌드와 같이 미래 사회 환경에 부합하는 연구의 필요성이 크게 대두되고 있다. 전기 자극 연구는 수십 년간의 연구를 거쳐 세포 활성화 효과와 안정성이 입증되고 있다. 그러나 기존 전기 자극 연구는 배터리와 같은 외부 전력원을 필요로 해 응용 분야가 제한적이었다.


이에 세계 각국의 연구진이 자가발전 시스템을 통해 배터리 없이 구동 가능한 전기 자극 시스템들을 개발했다. 하지만 대부분 에너지 발생과 전기 자극을 위한 부수적인 장비, 전선을 필요로 해 사용자에게 불편함을 초래하는 등 실용화에 어려움이 있었다.


공동연구팀은 에너지원과 착용의 불편함 문제를 동시에 해결할 수 있는 전기 자극 시스템을 개발하기 위해 신체활동에서 발생하는 저주파수 교류 에너지와 인체의 에너지 전달 능력, 전위 왜곡 기술을 결합했다. 


먼저, 인체 매개 에너지 손실 변환 시스템을 도입해 걷거나 뛰는 등 인체의 신체활동에서 발생하는 마찰전기를 인체 내부 전해질(세포질, 세포외액)을 통해 전달할 수 있다는 것을 확인했다. 이를 통해 신체활동에서 발생하는 에너지를 전선과 같은 부수적인 장비 없이 사용 가능한 에너지로 변환할 수 있다. 


[사진 2. 신체 매개 에너지 손실 환원 시스템 개발 및 세포 활성화 검증 과정]


더 나아가, 인체 매개 에너지 손실 변환 시스템의 특성상 발생되는 전위 왜곡 현상을 통해 시스템이 붙여진 피부 주위에 국소적인 전기장 집중이 발생한다는 것을 확인했다. 이 시스템은 전도성 천을 활용한 암슬리브, 애슬레저에 적용돼 일상생활에서 편하게 입을 수 있는 전기장 집적 의류를 선보였다. 


본 연구결과는 인체 매개 에너지 손실 변환 시스템을 모사한 구조를 통해 세포의 성장 등 활성화 효과를 확인했고, 동물 실험을 통해 시스템의 무해성을 입증했다. 이를 통해 향후 셀프케어용 전기 자극 연구 분야의 새로운 방향을 제시했다.


홍진기 교수는 “본 연구는 셀프케어를 위한 전기 자극 기법의 핵심 이슈인 배터리 및 착용자의 불편함 문제를 동시에 해결한 연구로, 향후 셀프케어 연구 분야의 새로운 방향성과 높은 실용화 가능성을 제시한 것”이라고 밝혔다.


본 연구결과는 세계적인 학술지 나노 에너지(Nano Energy)에 지난 6월 온라인 출판된 바 있으며, 9월 1일 나노 에너지 9월호 저널에 오프라인으로 게재됐다. 또한 한국연구재단 중견연구자지원사업 등 국가연구비를 지원받아 진행됐다.


특히 연구를 통해 개발된 기술은 우리 대학교 창업지원단이 주관하는 초기창업패키지의 지원을 받아 연구자들이 설립한 주식회사 바른공학을 통해 사업화될 예정이며, 첫 제품으로 일상생활의 움직임만으로 세포를 건강하게 해주는 레깅스를 개발해 9월에 크라우드 펀딩 플랫폼 와디즈를 통해 세상에 처음으로 선보일 예정이다.


[사진 3. 주식회사 바른공학에서 사업화한 레깅스]


우리 대학교 졸업생으로 논문의 공동저자이자 홍진기 교수와 함께 주식회사 바른공학의 공동대표를 맡고 있는 송현희 대표는 ”연세대 산학협력단으로부터 10개의 특허를 기술이전해 왔으며 앞으로 다양한 제품을 시장에 출시하기 위해 연세대로부터 더 많은 지적재산권을 이전할 것“이라고 밝혔다.


논문정보

● 논문제목: Body-mediated energy loss conversion for personalized cell vitalization

 논문주소: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106209

 주요저자: 홍진기(교신저자, 연세대 화공생명공학과), 이상민(교신저자, 중앙대 기계공학과), 정성원(공동 제1저자, 연세대 화공생명공학과), 용형석(공동 제1저자, 중앙대 기계공학과), 외 8명의 공동저자


용어설명

● 에너지 손실 변환 시스템(Energy loss conversion system): 일상 생활에서 발생하고 소실되는 에너지, 예를 들면 물건과의 접촉에 의해 발생하는 정전기 등을 실제 활용 가능 에너지로 환원시킬 수 있는 시스템.

● 저주파수 교류 에너지(Low frequency alternating potential): 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변화하는 전류 에너지이며 그 중, 낮은 주파수(frequency)로 변화하는 전류에너지. 본 연구에서는 인체의 걸음(양발 기준 약 6 Hz)을 일상생활에서 발생하는 에너지원으로 활용했음.

● 세포질(Cytoplasm): 세포 내부를 채우고 있는 균일하며 투명한 점액형태의 물질. 수분, 염분, 효소를 포함하며 세포소기관이 포함돼 있음.

● 세포외액(Extracellular fluid): 세포의 외부를 둘러싸고 있는 액체. 수분, 염분, 효소 등을 포함하고 있는 액체임.

● 전위 왜곡(Potential distortion): 전위가 왜곡되는 형상. 국소적으로 발생하는 전위 왜곡은 부분적인 전기장 집중을 발생시킴. 


*출처 : 연세소식(2021.09.01.)