초록 ▼

연구의 목적 및 내용
● 낮은 전위로 구동이 가능하고 생체근육과 유사한 강도와 변형률을 나타내어 생체근육으로 응용가능한 생체인공근육의 물질제조.
● 생체내의 에너지원(글루코오스)을 활용하는 나노-바이오 연료전지를 생체인공근육과 연계해서 구동.
● 생체인공근육을 생체조직과 인터페이스하고 생체정보를 활용해 수축이완 작용을 제어할 수 있는 생체인공근육 시스템연구.

연구결과
● 생체인공근육 속의 작용기와 물-이온 클러스터의 물리화학적 현상을 고려한 수축이완 거동의 모델링과 생체인공근육의 수축이완 메커니즘을

연구의 목적 및 내용
● 낮은 전위로 구동이 가능하고 생체근육과 유사한 강도와 변형률을 나타내어 생체근육으로 응용가능한 생체인공근육의 물질제조.
● 생체내의 에너지원(글루코오스)을 활용하는 나노-바이오 연료전지를 생체인공근육과 연계해서 구동.
● 생체인공근육을 생체조직과 인터페이스하고 생체정보를 활용해 수축이완 작용을 제어할 수 있는 생체인공근육 시스템연구.

연구결과
● 생체인공근육 속의 작용기와 물-이온 클러스터의 물리화학적 현상을 고려한 수축이완 거동의 모델링과 생체인공근육의 수축이완 메커니즘을 규명함.
● 생체적합성을 갖는 전기활성고분자(electroactive polymers) 및 생체고분자(blopolymer)와 하이드로겔(hydrogel)을 기반으로 생체인공근육의 물질 제조함.
● 고효율, 고강도 생체인공근육 제조를 위해서 나노섬유 제조기술을 응용한 나노섬유 복합체, 나노섬유 배열, 나노섬유 연사(twisting) 및 나노섬유 다발을 제조하고 나노 단위 구조체로 구성된 생체인공근육의 작동성능을 향상 시킴.
● 생체단백질(ferritin) 및 생체친화적 전기활성고분자층을 포함하는 탄소나노튜브 기반 글루코오스의 산화 및 산소의 환원을 이용하는 나노-바이오 연료전지 개발
● 나노-바이오 연료전지의 전력밀도와 셀 전위를 증가시키기 위해, 바이스크롤링 기술을 이용해 전극표면적을 최대화 하고 나노구조의 탄소나노튜브 전극을 이용하여 나노바이오 연료전지의 소형화, 내구성 및 성능을 향상.
● 생체근육이 수축이완 될 때 유발되는 생체정보(활동전위, 화학적 변화)를 감지하여 생체인공근육의 수축이완 작용을 제어하기 위하여 생체근육의 수축이완에 따른 생체정보를 확립하고 연계가능한 신축성 전극 및 바이오센싱 인공근육 개발
● 나노-바이오 연료전지와 생체정보 감지센서의 각 기술들을 생체인공근육에 서로 연계시켜 시스템화하여 자가구동되고 생체정보를 감지하는 바이오센싱 인공근육 시스템 개발.

연구결과의 활용계획
● 각종 바이오센서나 MEMS, 마이크로로봇, 바이오로봇 등의 구동기로 응용하기 위한 생체 의료 디바이스, 마이크로구동장치 분야의 연구에 활용.
● 생체인공근육 시스템을 의료분야에서 퇴화 및 손상된 생체근육을 보완, 대체하는 새로운 시술형태를 제시하기 위해 제조된 전극을 생체내 in vivo 이식 연구에 활용 것이며, 생체인공근육의 제조 및 이를 응용한 치료에 관한 원천기술을 확보.
● NT, BT, IT 융합의 시스템 기술을 첨단산업 발전에 접목시킴으로서 국제적으로 경쟁력 있는 국가산업을 구축.

Abstract ▼

Purpose & contents
● The fabrication of materials for bio-artificial muscles that can be driven by a low-power supply, and that has stress and strain characteristics similar to those of natural muscles.
● The drive of bio-artificial muscles by interfacing bio-artificial muscles with a nano-bio

Purpose & contents
● The fabrication of materials for bio-artificial muscles that can be driven by a low-power supply, and that has stress and strain characteristics similar to those of natural muscles.
● The drive of bio-artificial muscles by interfacing bio-artificial muscles with a nano-biofuel cell that can use energy sources (glucose) which exist in the living body.
● The investigation into bio-artificial muscle systems that can control the contraction and relaxation of bio-artificial muscles interfacing bio-artificial muscles with tissues, and using bio-information.

Result
● We elucidated of the actuation mechanism through a modeling of the contraction and relaxation behavior of bio-artificial muscles considering the chemicophysical state of water-ion clusters and the functional groups of bio-artificial muscles.
● We fabricated the materials for bio-artificial muscles based on electroactive polymers, biopolymers, and hydrogels that have biocompatibility.
● We fabricated composite nanofibers, arrayed nanofibers, twisted nanofibers, and nanofiber bundles modifying the nanofiber fabrication techniques for fabricating bio-artificial muscles with a high efficiency and a high strength, and the performance improvement of bio-artificial muscles composed of nanoscale structures.
● We developed nano-biofuel cell composed of biomolecules (ferritin) or electro-active polymer to help electron transfer using the oxidation and reduction of glucoses.
● We enhanced the performance of the biofuel cell by utilizing carbon nanotubes yarn electrode which has high surface area to fabricate both anodic and cathodic electrode
● We established the bio-information (electric and chemical signals) according to the contraction and relaxation of natural muscles in order to control the contraction and relaxation of the bio-artificial muscles sensing bio-information induced when natural muscles contract and relax by developing strain sensible strechable electrodes.
● We developed self-power biosensing artificial msucel system that integrating nano-biofuel cell and bio-information sensors with bio-artificial muscles

Expected Contribution
● The contribution to the advancement in fields of bio systems or robot systems because of possibilities of the applications of bio-artificial muscles as various biosensors or actuators in MEMS, microrobots, and biorobots.
● The suggestion of new therapeutic methods complementing and replacing regressed and damaged natural muscles using bio-artificial muscle systems, and the security of original technologies related to the fabrication of bio-artificial muscles or the treatment applying it.