인공지능(AI)이 이리듐(III) 착물 발광 데이터 1667건을 학습해 27만2104개 가상 후보 분자의 발광 색과 효율을 예측하고, 사람 눈에 잘 보이면서 마찰전기 출력이 높은 최종 분자(Ir1b)를 도출하는 과정. (김상우 연세대학교 교수 제공)
몸속에 넣은 의료기기가 제대로 작동하는지 빛으로 확인할 수 있는 생분해성 소자가 개발됐다. 몸 밖에서 초음파를 쏘면 배터리 없이 전기도 만든다.
한국연구재단은 김상우 연세대 신소재공학과 교수와 홍콩폴리텍대 공동연구팀이 인공지능(AI)으로 찾은 발광 소재를 이용해 이 같은 삽입형 소자를 개발했다고 17일 밝혔다.
연구 결과는 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지'(Nature Nanotechnology)에 지난 14일 게재됐다.
몸속 의료기기는 한번 넣고 나면 위치가 바뀌거나 망가져도 확인하기가 쉽지 않다. 현재는 컴퓨터단층촬영(CT)이나 자기공명영상(MRI) 같은 장비를 이용하거나 경우에 따라 다시 수술해야 한다.
특히 일정 기간이 지나면 몸에서 분해돼 사라지는 소자는 영상에서도 경계가 뚜렷하지 않아 상태를 살피기 어렵다.
연구팀이 만든 소자는 이 문제를 '빛'으로 해결했다. 피부에 자외선 램프를 비추면 몸속 소자의 윤곽이 빛으로 나타난다. 소자가 손상되면 빛의 윤곽도 끊어져 이상 여부를 눈으로 확인할 수 있다.
전기를 공급하기 위한 배터리도 필요 없다. 몸 밖에서 초음파를 쏘면 소자 내부가 미세하게 움직이면서 전기가 만들어지는 방식이다.
초음파로 전기를 만들고 빛으로 위치와 상태를 확인하는 생분해성 삽입형 소자의 작동 원리와 생쥐 실험 모습. 연구팀은 체내에 삽입한 소자가 38주에 걸쳐 분해되는 과정도 추적했다. (연세대학교 김상우 교수 제공)
연구팀은 여기에 적합한 소재를 찾는 데 AI를 활용했다. 기존에 알려진 발광 소재 데이터 1667건을 AI에 학습시킨 뒤 27만2104개의 가상 후보 분자가 어떤 색과 밝기로 빛날지 예측했다.
이 가운데 사람 눈에 잘 보이는 초록~노란빛을 내는 후보를 골라 실제로 합성했고, 전기 생산 성능까지 높인 최종 발광 분자 'Ir1b'를 개발했다.
생쥐 실험에서는 피부 아래 넣은 소자에 자외선을 비추자 윤곽이 선명하게 나타났다. 연구팀은 38주 동안 소자가 몸속에서 서서히 분해돼 사라지는 과정도 빛으로 추적했다.
연구팀은 이 기술이 향후 삽입형 의료기기의 위치나 상태를 확인하기 위해 CT·MRI를 이용하거나 추가 수술을 해야 하는 부담을 줄이는 데 활용될 것으로 기대했다.
다만 아직 생쥐 실험 단계다. 사람의 피부와 조직은 더 두꺼워 지금보다 깊은 곳에서도 확인할 수 있는 발광 소재와 판독 장치 개발이 추가로 필요하다.
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