- 탄소나노튜브 실로 구성된 유연한 열전소자 개발, 뛰어난 발전 밀도 보여 - 향후 열에너지를 변환하는 플렉서블, 웨어러블 열전소자에 적용 기대 열전소자는 소자 양끝의 온도 차이를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하는 소자이다. 최근 외부 온도와 체온의 온도 차이를 통해 생산되는 전력을 웨어러블 기기의 전력원으로 사용하려는 연구가 꾸준히 이루어지고 있다. 하지만, 기존의 상용화된 열전소자는 무기 반도체 재료를 기반으로 하여 무겁고, 유연하지 않아 웨어러블 기기에 적용하기가 어려웠다. 최근 국내 연구진이 탄소나노튜브 실*을 이용하여 사람의 체온으로 전기 발전을 가능케하는 유연한(flexible) 열전 소자를 개발했다고 밝혔다. *탄소나노튜브 실(Carbon Nanotube Yarn) : 두께 5 nm(나노미터, 십억 분의 1m)의 탄소나노튜브 수천가닥을 꼬아서 실 형태로 제작, 강철의 100배 정도의 강도를 지니며 첨단섬유에 사용 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 광전하이브리드연구센터 김희숙, 최재유 박사 연구팀은 서울대학교 재료공학부 박종래 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 탄소나노튜브를 실 형태로 제작한 후 별도의 금속 전극 없이 열전 소자에 적용하여 기존 열전 소자의 한계를 해결했다고 밝혔다. 연구진은 개발된 열전 소자가 의류와 같은 형태로 착용하여 전기를 발전해 낼 수 있게 디자인 되었으며, 스마트 의류 및 차세대 웨어러블 기기에 적용 가능할 것으로 기대한다고 밝혔다. 연구진이 개발한 열전소자는 기존 연구와 달리 금속 전극을 사용하지 않아 더욱 유연하고, 내부에서 발생하는 저항이 적어 높은 발전 성능을 가지게 된다. 먼저, 탄소나노튜브 실을 합성하고 n-, p- 타입으로 도핑하여 열전소자를 제작하였고, 또한 금속 전극을 추가로 도입하지 않고 탄소나노튜브 자체의 고전도성을 활용하여 전극으로 사용함으로써 소자의 저항을 낮추어 발전밀도를 향상시켰다. 본 연구에서 5도의 온도 차이로부터 10.85 마이크로 와트(μW/g)의 에너지 발전 밀도를 기록하였으며, 이 발전량은 보고된 유연 열전 재료 기반 소자 중 최고 수준의 결과이다. KIST 김희숙 박사는 “이번에 개발한 탄소나노튜브 실을 이용한 열전소자는 가볍고, 기계적 성질이 뛰어나며 높은 열전발전 성능을 보인다.”고 말하며, “이를 활용하면 향후 체온으로부터 웨어러블 디바이스에 직접 전원 공급이 가능하게 될 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 국가과학기술연구회 R&D 컨버젼스 프로그램의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 나노재료 분야의 국제학술지 ‘ACS Nano’(IF: 13.942) 8월 23일에 온라인 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 탄소나노튜브 실을 이용한 플렉서블 열전 모듈의 제작 과정 <그림 2> 사람의 체온을 이용한 열전 발전 모듈

- 탄소나노튜브 실로 구성된 유연한 열전소자 개발, 뛰어난 발전 밀도 보여 - 향후 열에너지를 변환하는 플렉서블, 웨어러블 열전소자에 적용 기대 열전소자는 소자 양끝의 온도 차이를 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하는 소자이다. 최근 외부 온도와 체온의 온도 차이를 통해 생산되는 전력을 웨어러블 기기의 전력원으로 사용하려는 연구가 꾸준히 이루어지고 있다. 하지만, 기존의 상용화된 열전소자는 무기 반도체 재료를 기반으로 하여 무겁고, 유연하지 않아 웨어러블 기기에 적용하기가 어려웠다. 최근 국내 연구진이 탄소나노튜브 실*을 이용하여 사람의 체온으로 전기 발전을 가능케하는 유연한(flexible) 열전 소자를 개발했다고 밝혔다. *탄소나노튜브 실(Carbon Nanotube Yarn) : 두께 5 nm(나노미터, 십억 분의 1m)의 탄소나노튜브 수천가닥을 꼬아서 실 형태로 제작, 강철의 100배 정도의 강도를 지니며 첨단섬유에 사용 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 국가기반기술연구본부 광전하이브리드연구센터 김희숙, 최재유 박사 연구팀은 서울대학교 재료공학부 박종래 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 탄소나노튜브를 실 형태로 제작한 후 별도의 금속 전극 없이 열전 소자에 적용하여 기존 열전 소자의 한계를 해결했다고 밝혔다. 연구진은 개발된 열전 소자가 의류와 같은 형태로 착용하여 전기를 발전해 낼 수 있게 디자인 되었으며, 스마트 의류 및 차세대 웨어러블 기기에 적용 가능할 것으로 기대한다고 밝혔다. 연구진이 개발한 열전소자는 기존 연구와 달리 금속 전극을 사용하지 않아 더욱 유연하고, 내부에서 발생하는 저항이 적어 높은 발전 성능을 가지게 된다. 먼저, 탄소나노튜브 실을 합성하고 n-, p- 타입으로 도핑하여 열전소자를 제작하였고, 또한 금속 전극을 추가로 도입하지 않고 탄소나노튜브 자체의 고전도성을 활용하여 전극으로 사용함으로써 소자의 저항을 낮추어 발전밀도를 향상시켰다. 본 연구에서 5도의 온도 차이로부터 10.85 마이크로 와트(μW/g)의 에너지 발전 밀도를 기록하였으며, 이 발전량은 보고된 유연 열전 재료 기반 소자 중 최고 수준의 결과이다. KIST 김희숙 박사는 “이번에 개발한 탄소나노튜브 실을 이용한 열전소자는 가볍고, 기계적 성질이 뛰어나며 높은 열전발전 성능을 보인다.”고 말하며, “이를 활용하면 향후 체온으로부터 웨어러블 디바이스에 직접 전원 공급이 가능하게 될 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 국가과학기술연구회 R&D 컨버젼스 프로그램의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 나노재료 분야의 국제학술지 ‘ACS Nano’(IF: 13.942) 8월 23일에 온라인 게재되었다. <그림설명> <그림 1> 탄소나노튜브 실을 이용한 플렉서블 열전 모듈의 제작 과정 <그림 2> 사람의 체온을 이용한 열전 발전 모듈

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상