보고서 정보
주관연구기관 |
포항공과대학교 Pohang University of Science and Technology |
연구책임자 |
정운룡
|
참여연구자 |
박성민
,
심재윤
,
강인석
,
노용영
,
오승수
,
김연수
,
정성준
,
고현협
,
최우혁
,
김도환
,
박은경
,
김태일
|
보고서유형 | 1단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2020-08 |
과제시작연도 |
2018 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202200002232 |
과제고유번호 |
1711077878 |
사업명 |
미래소재디스커버리지원(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-06-11
|
키워드 |
전자약.이온역학.이온구속 및 방출.이식형센서.생체친화소재.Electroceuticals.Ion dynamics.Ion trap-and-release.Implantable sensor.Biocompatible materials.
|
초록
▼
Ⅳ. 先기획연구결과
가. 이식형 센서 적용 타당성 조사 및 지표 마련
· 특허 분석을 통한 연구 타당성 확인 및 원천 소재 개발을 위한 전해질 연구 분석
- 전자약 시장 연성장율 10% 예상. 센서 개발을 통해 시장 진입이 가능.
- 하이브리드 전해질 소재의 원천 특허 가능성 확인.
- 문헌과 특허 조사를 통해 Trap-and-Release 역학 제어 소재의 독창성 확인.
· 이식형 센서의 조건
- 연질성, 장기 안정성, 부착성, 구조의 단순화, 전자파 영향 방지, 다이나믹 운동은 상시 모니터링
Ⅳ. 先기획연구결과
가. 이식형 센서 적용 타당성 조사 및 지표 마련
· 특허 분석을 통한 연구 타당성 확인 및 원천 소재 개발을 위한 전해질 연구 분석
- 전자약 시장 연성장율 10% 예상. 센서 개발을 통해 시장 진입이 가능.
- 하이브리드 전해질 소재의 원천 특허 가능성 확인.
- 문헌과 특허 조사를 통해 Trap-and-Release 역학 제어 소재의 독창성 확인.
· 이식형 센서의 조건
- 연질성, 장기 안정성, 부착성, 구조의 단순화, 전자파 영향 방지, 다이나믹 운동은 상시 모니터링 필요 (초절전 필요), 정적 운동은 간헐적 모니터링 (고저항 센서 필요).
- 패키징 기술 확정: SoC는 Ti 패키징, 센서는 초발수 복합재료 봉지막.
- 연신성 수화젤 스케폴드의 접착성 확인: 접촉 5분 후 접착 안정성 유지.
· 우선 대상 질환 선택 및 정량 지표
나. 이온동력학 계산을 통한 소재 특성 예측
· 이온 이동 및 분포에 대한 이론적 방법론 확립
- Molecular dynamics(MD) 시뮬레이션: Trap-and-release 가능성 확인, 5 nm 이하 채널 해석.
- Continuum theory: 이온 분포의 kinetic 해석 제공.
· 이온 거동 설계변수 도출
- 이온 속도 예측: 확산계수, 이온농도, 온도, 유전율, 고분자 체인 효과.
- 이온 축전량 예측: 이온 크기/농도, 이온 비대칭성, 전극 전위.
- 이온 동역학 예측: relaxation time (완화시간), 전하량.
- 나노 채널의 영향 예측: 채널 디멘전, 표면 분자와의 상호작용.
· 이온 역학 제어 방법론 제시
- 가역적 Trap-and-Release 도출.
- Trap: 수소결합, 이온 결합, 저차원 confinement, 3차원 공간 척력.
- Release: 기계적 자극, 온도 변화, 근적외선, 화학물질. (본 연구 주제: 기계적 자극)
다. 전해질 소재 합성 및 분석
· 이온 역학 제어 가능 하이브리드 전해질을 위한 물질 후보군 확정
- 생체친화성 고분자: 가교된 천연 고분자 전해질 메트릭스, Protic system 전해질
- 자극 응답성 분자: 수소결합, 온도 민감성, pH 응답성 소재,
- 생체 친화성 무기입자: Titanate, Carbon, 실리카, 클레이, 금 입자
· 하이브리드 전해질 합성 및 분석
- 수소결합 Trap-and-Release: 실리카 나노입자와 생체친화성 전해질 간 가역적 반응 확인.
- 이온결합 Trap-and-Release: Titanate 나노 쉬트 합성, 하이브리드 전해질 합성.
- Confinement기반 Trap-and-Release: 나노 기공 비정질 탄소 초박막 합성, 이온 크기에 따른 Trap 가능성 확인.
- 3차원 이온 척력 공간 Trap: 이중 구조 가교된 고분자 전해질막 형성. 이온 누수 차단 확인.
라. 합성 소재 기반 목적 지향형 센서 테스트 및 특성 검증
· 센서의 개념 및 구조의 제시
- 방광: 정적인 자극 센싱. 신호의 합산 값이 중요. 방광의 형태 변화 (스트레인)와 방광 내 압력의 변화 측정.
- 심장: 기계적 자극에 대한 반복성, 민감성, 동적 거동 확인. 심장의 변형 (스트레인) 측정
· 합성된 이온 역학 제어 소재의 센서 특성 테스트
- 센서의 기계적 자극에 대한 반복성, 민감성, 동적 거동 확인.
- 센서의 고연신성 확보 및 연신에 따른 센서의 안정성 확인.
- 전해질 패턴화를 이용한 spike형 센서 시그널 획득.
- 전해질 미세 패턴화에 의한 센서 간 공간적 분해 가능성 획득 기반 확립.
· 센서의 장기 안정성 확보를 위한 방안 마련 및 검증.
- 센서의 습도 영향 제거 방법 도출 및 검증
- 외부 전자파 (1 GHz, 10 V 기준)의 영향 제거 방법 도출 및 검증
- 센서 수화젤 스케폴드의 부착 특성 확인 및 장기 안정성 검증
마. 연구 실적: 논문 [게재 (9), 게재 예정(4), 투고 (7), 투고 예정(3)]
특허 [국내출원 (9), 국내출원예정 (15건)]
(출처 : 요약문 6p)
Abstract
▼
Ⅳ. The Result of the Research
A. Investigation into feasibility of implantable sensor and establishment of criteria
· Verification of validation of project through patent analysis and analysis of research for electrolyte to develop origin materials
- The electroceutical market is expected t
Ⅳ. The Result of the Research
A. Investigation into feasibility of implantable sensor and establishment of criteria
· Verification of validation of project through patent analysis and analysis of research for electrolyte to develop origin materials
- The electroceutical market is expected to grow at a 10 % annual rate. Create the blue ocean of this market through developoment of implantable sensor.
- Hybrid electrolyte material can be patented originally.
- Identification of originality of Trap-and-Release dynamics control material through literature and patent investigation.
· Condition of implantable sensor
- Requirement for softness, long-term stability, adhesion, simplification of structure, prevention of interference of electromagnetic field to sensor, consistent monitoring for dynamic movement with low power consumption, intermittent monitoring for static movement
- Packaging technology : Titanium package for SoC, Superhydrophobic composite package for sensor.
- Adhesion of stretchable hydrogel scaffold : Stable adhesiveness after 5 minutes of contact.
· Prior target disease and quantification index
B. Prediction of the material characteristics through ion dynamics
· Establishment of theoretical methodology for dynamics and distribution of ion
- MD smulation : Verification of possibility of Trap-and-release, analysis of ion channel under 5 nm thickness
- Continuum theory : Kinetic analysis of ion distribution.
· Derivation of ion behavior design variables
- Prediction of ion mobility : Diffusivity, Ion concentration, Temperature, Permittivity, Polymer chain hindrance
- Precition of ion capacitance : Size of ion, Concentration of ion, Ion asymmetry, Electrode potential
- Prdiction of ion dynamics : Relaxation time, Charges of ions
- Prediction of nano-scale channel effect : Dimension of channel, Interaction of surface molecule
· Proposal of methodology of ion dynamic control
- Derivation of reversible Trap-and-Release
- Trap: Hydrogen bonding base, Ion bonding base, 2D confinement, Repulsively interacting 3D dimension
- Release : Mechenical stimuli, Temperature change, Near-Infrared radiation, Chemical exposure (Focus of this project : mechanical stimuli)
C. Synthesis and Analysis of Electrolyte Material
· Confirmation of material candidates for ion dynamic controllable hybrid electrolyte
- Biocompatible polymer : Crosslinked natural polymer matrix, Protic electrolyte system
- Stimuli responsive molecule : Hydrogen bonding, Temperature sensitivity, pH responsive materials
- Biocompatible inorganic particles : Titanate, Carbon, Silica, Clay, Gold particles
· Synthesis and Analysis of Hybrid Electrolyte
- Hydrogen bonding Trap-and-Release: Reversible interaction between silica nanoparitcles and biocompatible polymer electrolyte.
- Ion bonding Trap-and-Release: Synthesis of titanate nanosheet and hybrid electrolyte.
- 2D Confinement Trap-and-Release: Synthesis of porous amorphous carbon thinfilm.
Verification of possibility of ions depending on the size of ions.
- 3 Dimensional repulsive interaction Trap: Fabrication of cross-linked double ion polyelectrolyte film. Verification of ion blocking effect of cross-linked double ion polyelectrolyte film.
D. Characterization of Target-oriented Sensor Based on Synthesized Material
· Proposal of the concept and structure of sensor
- Bladder : Sense static stimuli. Accumulated signal sensing is importanat. Measurements of structural deformation and inner pressure change of bladder are required.
- Heart : Sensitivity to repetitive mechanical stimuli and dynamic movement of heart is required.
· Characterization of sensor based on synthesized ion dynamic controlling materials
- Characterization of repetitive sensitivity to dynamic response to mechanical stimuli.
- Verification of stability and high stretchability.
- Acquisition of spike-shaped signal from sensor with patterning electrolyet.
- High dimensional resolution by micro-patterning of electrolyte
· Establishment and Verification of Long-term Stability of Sensors
- Derivation and verification of method of removing the influence of humidity to sensor.
- Derivation and verification of method of removing the influence of external electromagnetic filed (1 GHz, 10 V condition)
- Verification of adhesion characteristics and long-term stability of hydrogel scaffold
E. Achievement of research : Paper (Published 9, Accepted 4, Submitted 7, to be submitted 3), Domestic Patents (Published 9, In preparation 15)
(source : SUMMARY 11p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 보고서 요약서 ... 3
- 요약문 ... 4
- SUMMARY ... 9
- CONTENTS ... 15
- 목차 ... 16
- 제 1 장 先기획연구 개요 ... 17
- 1-1. 先기획연구의 목적, 필요성 및 범위 ... 17
- 1-2. 대상 소재기술의 정의 및 개념 ... 27
- 제 2 장 기술개발 현황 및 조사·분석 ... 30
- 2-1. 국내·외 기술개발 현황 ... 30
- 2-2. 선행 연구 조사·분석 및 시사점 ... 86
- 2-3. 선기획 연구 전/후의 변화 비교 ... 88
- 제 3 장 기술개발 목표 및 내용 ... 89
- 3-1. 원천특허 포트폴리오 ... 89
- 3-2. 연구개발내용 및 범위 ... 94
- 3-3. 기존 기술과의 차별성 및 원천성 ... 106
- 3-4. 국가 소재 R&D 전략과의 연계성 및 부합성 ... 114
- 3-5. 先연구내용 및 결과 ... 115
- 제 4 장 先기획연구 활동 추진 내용 ... 175
- 4-1. 先기획연구 추진 체계 ... 175
- 4-2. 先기획연구 방법론 ... 177
- 4-3. 先기획연구 활동 내용 ... 179
- 제 5 장 기대성과 및 활용 계획 ... 183
- 5-1. 기대성과 ... 183
- 5-2. 상용화 예상 분야 ... 188
- 5-3. 경제성 분석 ... 190
- 제 6 장 참고문헌 ... 200
- 끝페이지 ... 204
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.