コア−シェルナノワイヤ、上記コア−シェルナノワイヤの形成方法、及び上記コア−シェルナノワイヤを含む伸縮性複合体

[특허 요약] 本発明は、コア−シェルナノワイヤ、上記コア−シェルナノワイヤの形成方法、及び上記コア−シェルナノワイヤを含む伸縮性複合体に関する。 心臓はプルキンエ（Ｈｉｓ−Ｐｕｒｋｉｎｊｅ）伝導システムを通じる電気伝導の伝播によって活性化される最も重要な臓器の一つである。心臓の電気的活動を監視することは、医師に心臓疾患に対する洞察力を提供して臨床診療において活動電位の波形によって決定される特定の疾患を診断することに有用である。特に、局所活性化マップは、損なわれた心筋の位置情報を提供するので、総合的な心臓疾患を解釈することに多数の空間的に分布された記録が要求される。従来の血管を通じるカテーテル電極の解剖学的アプローチは、心臓の所望の部位での電気ペーシングをむずかしくする。このような問題点を解決するために網の形状の電極が研究されているが、上記電極は、毒性が強い金属成分を放出させる問題がある。 上記のような問題点を解決するために、本発明は、生体適合性が優れたコア−シェルナノワイヤを提供する。 本発明は、上記コア−シェルナノワイヤの形成方法を提供する。 本発明は、上記コア−シェルナノワイヤを含む伸縮性複合体を提供する。 本発明の他の目的は以降の詳細な説明および添付図面から明確になるであろう。 本発明の実施例によるコア−シェルナノワイヤは、伝導性金属を含むコア及び生体適合性金属を含むシェルを含む。 本発明の実施例によるコア−シェルナノワイヤの形成方法は、伝導性金属を含むコアの表面に生体適合性金属をエピタキシャル成長させてコア−シェルナノワイヤを形成する段階を含む。 本発明の実施例による伸縮性複合体は、第１コア−シェルナノワイヤと第１高分子を含む第１コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体、前記第１コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体の上に配置される第１絶縁層、及び前記第１絶縁層の上に配置され、第２コア−シェルナノワイヤと第２高分子を含む第２コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体を含む。 本発明の実施例に係るコア−シェルナノワイヤは、優れた生体適合性を持つことができる。上記コア−シェルナノワイヤを含む伸縮性複合体は、高い伝導性と優れた生体適合性を持つことができる。上記伸縮性複合体は、医療機器などに多様に活用することができる。 本発明の一実施例によりガルバニック反応なく銀ナノワイヤに金シェルを形成する工程を概略的に示す。 本発明の一実施例によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体で構成される伸縮性伝導体を示す。 本発明の一実施例によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷのＳＥＭイメージを示す。 本発明の一実施例によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷのコア−シェル構造を確認するためのＥＤＳマッピングを示す。 Ａｇ ＮＷ、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ及びＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体からのＡｇイオンの浸出を分析するためのＩＣＰ−ＭＳ（Inductively coupled plasma mass spectroscopy）データを示す。 製造工程の温度によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体のＳＥＭイメージを示す。 図６のＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体が３０％伸長された場合のＳＥＭイメージを示す。 製造工程の温度によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体のストレーン‐ストレス曲線を示す。 Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ含量によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体の伸縮度（stretchability）と伝導度（conductivity）を示す。 Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体が機械的に伸長された場合に伝導度の変化を示す。 Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極上にＰＥＤＯＴを電着（electrodeposition）する工程を概略的に示す。 ＰＥＤＯＴの蒸着の前後のＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極および伸長されたＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極のインピーダンスと位相を示す。 ＰＥＤＯＴの蒸着の前後のＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極および伸長されたＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極のサイクリックボルタンメトリー（Cyclic voltammetry）を示す。 ＰＥＤＯＴの蒸着の前後のＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極に２ｍＡ ２相電流刺激の下で電荷注入を示す。 ネズミの心臓においてＰＥＤＯＴコーティングされたＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極から記録された心臓内エレクトログラム（electrogram）を示す。 ＰＥＤＯＴコーティングされたＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極でペーシング（２６０サイクルの長さ）するうちのネズミの心臓の表面ＥＣＧ（ｌｅａｄ １）を示す。 本発明の一実施例による心臓メッシュ電極のデザインを示す。 柔軟性ＰＣＢに連結されたスプレッド心臓メッシュ電極を示す。 生きている豚の心臓のＭＲＩイメージを示す。 心臓メッシュ電極と上記心臓メッシュ電極のカスタマイジング過程を示す。 カスタマイジングの前後に心臓メッシュ電極ラインの抵抗を示す。 ストレーンの下で心臓メッシュ電極の抵抗の変化を示す。 ３０％のストレーンの下で心臓メッシュ電極のサイクリックテストの結果を示す。 心臓メッシュ電極の層断面による心臓メッシュ電極のモジュラスと豚の心臓のモジュラスを比較して示す。 ＬＡＤ（left anterior descending coronary artery）閉塞された豚の心臓に移植された心臓メッシュ電極のイメージを示す。 ＬＡＤ閉塞の１時間後、心臓メッシュ電極の心臓内エレクトログラムを示す。 表面ＥＣＧ及び健康な組織と損なわれた組織の心臓内エレクトログラムを示す。 ＭＲＩの３Ｄ再構成のイメージによるバイポーラー電極アレイを示す。 ３Ｄモデルの活性化マップを示す。 ３Ｄモデルの電圧マップを示す。 ３次元コーディネーテッド電気刺激下での収縮性を示す。 定位ペーシングによる単一圧力曲線を示す。 以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。本発明の目的、特徴、利点は以下の実施例から容易に理解できるであろう。本発明は、ここで説明される実施例に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。ここで紹介される実施例は、開示された内容が徹底的で完全なものとなるように、かつ本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために提供されるものである。よって、以下の実施例により本発明が限定されてはならない。 本明細書において、第１、第２などの用語が様々な要素（elements）を記述するために使用されたが、前記要素がこのような用語によって限定されてはならない。この用語は、単に前記要素を相互に区別するために使用されただけである。また、とある要素が他の要素の上にあると言及されている場合に、それは、他の要素の上に直接形成されること、またはそれらの間に第３の要素が介在することもできることを意味する。 図面において、要素の大きさ、または要素間の相対的な大きさは、本発明に対するさらに明確な理解のために多少誇張して図示できる。また、図示した要素の形状が製造工程上の変異などによって多少変更できるであろう。したがって、本明細書で開示した実施例は、特別な記載がない限り、図示した形状に限定されてはならず、ある程度の変形を含むものと理解されるべきである。 本明細書で使用される用語であるＡｇ＠Ａｕは、コア−シェル構造体であり、＠の前に記載されたＡｇはコアを示し、＠の後に記載されたＡｕはシェルを示す。Ａｇ ＮＷは銀ナノワイヤを意味し、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷはＡｇ＠Ａｕナノワイヤを意味する。また、コア-シェルナノワイヤ/高分子複合体は、コア-シェルナノワイヤと高分子を混合して形成された複合体（composite）を意味する。例えば、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳは、Ａｇ＠ＡｕナノワイヤとＳＢＳ（スチレン-ブタジエン-スチレン）ゴムを混合して形成された複合体を意味する。 本発明の実施例によるコア-シェルナノワイヤは、伝導性金属を含むコア及び生体適合性金属を含むシェルを含む。 前記伝導性金属は銀を含み、前記生体適合性金属は金を含む。 本発明の実施例によるコア-シェルナノワイヤの形成方法は、伝導性金属を含むコアの表面に生体適合性金属をエピタキシャル成長させてコア-シェルナノワイヤを形成する段階を含む。 前記エピタキシャル成長は、亜硫酸金複合体（gold sulfite complex）を使用して実行される。前記亜硫酸金複合体によって前記導電金属と前記生体適合性金属との間にガルバニック反応が抑制されることができる。前記伝導性金属は銀を含み、前記生体適合性金属は金を含み、前記亜硫酸金の複合体はＮａ３Ａｕ（ＳＯ３）２を含む。 本発明の実施例による伸縮性複合体は、第１コア−シェルナノワイヤと第１高分子を含む第１コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体、前記第１コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体の上に配置される第１絶縁層、及び前記第１絶縁層の上に配置され、第２コア−シェルナノワイヤと第２高分子を含む第２コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体を含む。 前記第１コア−シェルナノワイヤ及び前記第２コア−シェルナノワイヤは、伝導性金属を含むコア及び生体適合性金属を含むシェルを含む。前記伝導性金属は銀を含み、前記生体適合性金属は金を含む。 前記第１高分子及び前記第２の高分子は、高分子ゴムを含む。前記高分子ゴムはＳＢＳゴムを含む。 前記第１コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体及び前記第２コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体は、メッシュ形状を有する。 前記伸縮性複合体は、前記第１コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体の下に配置される第２絶縁層、及び前記第２コア−シェルナノワイヤ／高分子複合体の上に配置される第３絶縁層をさらに含む。前記第１絶縁層、前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層は、高分子ゴムを含む。前記第１絶縁層、前記第２絶縁層及び前記第３絶縁層は、メッシュ形状を有する。 上記伸縮性複合体は、例えば、心臓メッシュ電極として使用されることができる。 Ａｇ ＮＷは、高アスペクト比を有する高伝導性物質であり、良好な電気的パーコレーションネットワーク（percolation network）を形成することができる。Ａｇ ＮＷがＡｕナノシェル（nanoshell）にカプセル化されるに従って、優れた伝導性を維持しながら、銀イオンの浸出を減少させることができる。また、上記心臓メッシュ電極は、Ａｇ ＮＷの伝導性を低下させることができる界面活性剤を使用せずに、伝導性物質のローカリゼーション（localization）によって機械的変形下でも安定した電気的特性を持つことができる。上記コア−シェルナノワイヤ/高分子複合体は、多重電極アレイを有する大型装置を作るためのモールディング及び溶接工程を可能にして大きなサイズの心臓に適用されることができる。上記心臓メッシュ電極は、位置に関係ないペーシングを提供する心臓のマッピングおよび定位的ペーシング効果を通じる同時分析を行うことができ、様々な心臓疾患の治療のための生体医学装置に伸縮性電極として使用されることができる。 例えば、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体は、以下のような方法で形成されることができる。 エチレングリコール（ethylene glycol）１００ｍｌを２６０ｒｐｍでかきまぜながら１７５℃で予熱する。ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ、ＭＷ ３６０ｋ）を３０ｍｌのエチレングリコールに溶解させ、８００μｌの４ｍＭ銅クロライド（ＣｕＣｌ２・２Ｈ２Ｏ）溶液を添加する。エチレングリコールに０．０９５Ｍ濃度の硝酸銀（ＡｇＮＯ３）溶液と銅溶液を注入した１０分後に上記溶液を１８０ｍｌ／ｈｒで注入する。上記注入が完了した後、攪拌を停止し、２０分間の合成反応を行ってＡｇ ＮＷを形成する。上記反応が終わった後、Ａｇ ＮＷ溶液を水（１：４）で希釈し、３０００ＲＰＭで１０分間遠心分離する。洗浄工程を３回繰り返してＡｇ ＮＷのＰＶＰを除去する。洗浄されたＡｇ ＮＷをＡｕナノシェルでカプセル化してＡｇ＠Ａｕ ＮＷを形成する。Ａｇ＠Ａｕ ＮＷをトルエンに３０ｍｇ／ｍｌに分散させる。Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ溶液をＳＢＳが溶解された溶液（ＳＢＳ：トルエンが１：１０）と混合する。最も高い伸縮性を示す最適化された濃度は、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体の中においてＡｇ＠Ａｕ ＮＷが４５重量％である。上記混合溶液をガラスモールドに注ぎ、ホットプレートで乾燥させる。 図１は、本発明の一実施例によりガルバニック反応なく銀ナノワイヤと金シェルを形成する工程を概略的に示す。 図１を参照すると、亜硫酸金複合体（gold sulfite complex）、例えば、Ｎａ３Ａｕ（ＳＯ３）２を使用してＡｇ ＮＷの表面にAuをエピタキシャル蒸着させる。ＡｇとＡｕとの間のガルバニック反応（galvanic reaction）なくＡｇ＠Ａｕ ＮＷを形成することは非常に難しく、上記ガルバニック反応によって形成される中空のＡｕ／Ａｇ合金ナノ構造は、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷの電気的特性と生体適合性を低下させることができる。しかし、本発明の実施例によれば、亜硫酸塩リガンドを使用することによってガルバニック置換反応を抑制しながらＡｇ ＮＷにＡｕナノシェルを形成することができる。Ａｕナノシェルは、Ａｇ ＮＷの全体表面を覆うように厚く形成されることができる。 亜硫酸塩リガンドは、Ａｕカチオンに選択的に結合して高い安定性で還元電位を下げ、リガンドによる酸化エッチングを防止するなど、Ａｇ表面におけるＡｕエピタキシャル蒸着に重要な役割を果たす。 亜硫酸塩リガンドで配位されたＡｕ前駆体は高い安定性を示すために、Ａｕ前駆体が必ずゆっくり注入する必要はないので、大規模な合成が可能になる。また、反応においてＡｇ ＮＷの濃度を調節することにより、Ａｇの表面に蒸着されるＡｕシェルの厚さを調節することができる。合成されたＡｇ＠Ａｕ ＮＷは３０ｎｍの平均Ａｕシェルの厚さと１８０ｎｍの平均全直径を持つことができる。 Ａｇ ＮＷは高い固有電気伝導性と優れた機械的柔軟性を持っているが、Ａｇ＋イオンの浸出による毒性によって生医学的応用に制限がある。また、金（Ａｕ）は生体適合性および酸化抵抗性があるが、低い固有伝導度のために、生体医療装置への適用に制限がある。しかし、本発明の実施例によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷは、Ａｇ ＮＷがＡｕの厚いシェルでカプセル化されて電気伝導度と生体適合性の両方に優れる。 図２は、本発明の一実施例によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体で構成される伸縮性伝導体を示す。 図２を参照すると、合成されたＡｇ＠Ａｕ ＮＷのリガンドをヘキシルアミンと交換した後、上記Ａｇ＠Ａｕ ＮＷをトルエンに分散させてＳＢＳ溶液と混合した後、上記トルエンを乾燥させてＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体を形成する。上記トルエンの重量はＳＢＳ溶液の重量よりもっと大きい（例えば、約１０倍）。上記Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体は高い伝導性、生体適合性及び伸縮性を持つことができる。 図３は、本発明の一実施例によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷのＳＥＭイメージを示す。 図３を参照すると、ＳＥＭイメージはＡｇ＠Ａｕ ＮＷを示し、挿入された図は後方散乱イメージとしてＡｇ ＮＷコアとＡｕシェルとの間の明確な対比を示す。 図４は、本発明の一実施例によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷのコア−シェル構造を確認するためのＥＤＳマッピングを示す。 図４を参照すると、ＥＤＳ（Energy-dispersive X-ray spectroscopy）マッピングは、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷのコア−シェル構造を確認するＡｇ、Ａｕ元素の信号を示す。ガルバニック置換反応が抑制されてＡｇ ＮＷのエッチングや中空構造の形成が観察されない。 図５は、Ａｇ ＮＷ、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ及びＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体からのＡｇイオンの浸出を分析するためのＩＣＰ−ＭＳ（Inductively coupled plasma mass spectroscopy）データを示す。Ａｇ ＮＷ、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体を細胞培養器で３日間ＤＭＥＭ（Dulbecco Modified Eagle’s Medium）溶液に分散させ、浸出された銀イオン（Ａｇ＋）の量を誘導結合プラズマ質量分光法（inductively coupled plasma mass spectroscopy）で分析した。 図５を参照すると、Ａｕシェルは銀イオンが浸出されることを効果的に防ぐことが分かった。Ａｇ ＮＷの銀イオン浸出に対して、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷは銀イオン浸出が５．８％に減少し、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体は銀イオン浸出が１．２％に減少した。 図６は製造工程の温度によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体のＳＥＭイメージを示し、図７は図６のＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体が３０％伸長された場合のＳＥＭイメージを示す。 図６及び図７を参照すると、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体は、優れた生体適合性を有し、安定した電気的性能と高い伸縮性を示す。溶液の乾燥過程において、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷは機械的変形下でも電子経路を緻密化するクラスタリング効果を示す。適切な濃度を有するトルエン内のＡｇ＠Ａｕ ＮＷとＳＢＳの混合物をガラスモールドに注ぐ。低温（室温、２０℃）で乾燥すると２日間乾燥時間が長いので、クラスタリング効果がさらに良くなることができる。ＳＥＭイメージは、主にＡｇ＠Ａｕ ＮＷで構成されたクラスタリングアイランドを示す。ストレッチングするあいだ、ほとんどのストレーン（strain）は、主にＳＢＳと結合されたクラスタリング領域の間に適用されてＳＢＳブリッジを形成する（図７）。しかし、電気伝導度は、ＳＢＳブリッジ上の非常に長いＡｇ＠Ａｕ ＮＷパーコレーション構造によって維持される。Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体は、５５℃と８５℃で乾燥される時にＡｇ＠Ａｕ ＮＷの均一な分布を示し、クラスタリングアイランドとＳＢＳブリッジを示さない。 図８は、製造工程の温度によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体のストレーン‐ストレス曲線を示す。 図８を参照すると、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体は硬直されたストレーン‐ストレス曲線を示すか、ＳＢＳブリッジ構造は加えられたストレーンを吸収して強化された硬いアイランド領域を覆ってＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体の低いモジュラスを誘導する。 図９は、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ含量によるＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体の伸縮度（stretchability）と伝導度（conductivity）を示す。 図９を参照すると、伝導度はＡｇ＠Ａｕ ＮＷの含有量の増加に応じて上昇する傾向を示し、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体はＡｇ＠Ａｕ ＮＷの含有量が７０ｗｔ％の時に最も高い伝導度（３５，０００Ｓ／ｃｍ）を示す。また、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体はＡｇ＠Ａｕ ＮＷの含有量が４５ｗｔ％の時に最も高い伸縮性（１８０％）を示し、これは１９，７８３Ｓ／ｃｍの相変わらず高い伝導性を有するＳＢＳブリッジを形成することに必要なＳＢＳの臨界含有量を意味する。 図１０は、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体が機械的に伸長された場合の伝導度の変化を示す。 図１０を参照すると、２０℃の乾燥工程（RT Drying）で高密度化されたＡｇ＠Ａｕ ＮＷクラスタリング領域とＳＢＳブリッジ上のパーコレートされた伝導性ネットワークは、最大１８０％まで伸長するあいだ伝導度の安定した性能を示す。 図１１は、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極上にＰＥＤＯＴを電着（electrodeposition）する工程を概略的に示す。 図１１を参照すると、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体を心膜電極として利用するために、電極表面にＰＥＤＯＴ（Poly（3,4-ethylenedioxythiophene））を蒸着して、電荷注入を増加させてインピーダンスを下げることができる。上記ＰＥＤＯＴは３，４−ＥＤＯＴ（Ethylenedioxythiophene）の電気重合を通じて形成されることができる。例えば、０．０１Ｍの３，４−ＥＤＯＴ（Ethylenedioxythiophene）と０．０１Ｍ過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）をアセトニトリル（acetonitrile）に溶解させた後、製造されたメッシュ電極を上記溶液に浸し、２電極システム（電位対Ａｇ／ＡｇＣｌ基準電極）を利用して０．１ｍＡの電流下で１０００秒間ガルバノスタティック電着（galvanostatic electrodeposition）を行うことにより、上記電極の表面に上記ＰＥＤＯＴが蒸着されることができる。 Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体とＳＢＳはサーペンタイン形状のモールドを用いてパターニングされ、Ａｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体は、電極領域が覆われなくＳＢＳ層によってサンドイッチされる。上記電極ラインは、絶縁のためにシリコンゴムなどでカプセル化されることができる。 図１２は、ＰＥＤＯＴの蒸着の前後のＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極および伸長されたＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極のインピーダンスと位相を示す。 図１２を参照すると、心膜電極のインピーダンスはＰＥＤＯＴの蒸着後に減少する。心膜電極は３０％まで伸長されても、電気化学的性質が維持される。 図１３は、ＰＥＤＯＴの蒸着の前後のＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極および伸長されたＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極のサイクリックボルタンメトリー（Cyclic voltammetry）を示す。 図１３を参照すると、サイクリックボルタモグラム（cyclic voltammogram）において、陰極電荷貯蔵容量は、ＰＥＤＯＴ蒸着後１２．９８ｍＣ／ｃｍ２から８０．１１ｍＣ／ｃｍ２に増加し、３０％伸長してもＣＶ曲線が維持される。 図１４は、ＰＥＤＯＴの蒸着の前後のＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極に２ｍＡ ２相電流刺激の下で電荷注入を示す。 図１４を参照すると、２０ｍｓの間２ｍＡの２相電流条件の下でＰＥＤＯＴコーティングされた心膜電極に適用された低電位に同じ量の電荷注入が発生する。上記心膜電極は、固有の材料によって高い伝導性を持つだけではなく、優れた電気化学的性質を持つことができて、心臓からの信号を正確に測定することができる。 図１５は、ネズミの心臓においてＰＥＤＯＴコーティングされたＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極から記録された心臓内エレクトログラム（electrogram）を示し、図１６は、ＰＥＤＯＴコーティングされたＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ電極でペーシング（２６０サイクルの長さ）するうちにネズミの心臓の表面ＥＣＧ（ｌｅａｄ １）を示す。 図１５及び図１６を参照すると、１対の電極によって心膜表面から心臓内の信号が測定されることができ、２６０ｍｓの周期で電気刺激を加えたとき、心臓速度がペーシング速度によって加速されることができる。 図１７は、本発明の一実施例による心臓メッシュ電極のデザインを示す。 図１７を参照すると、心臓のメッシュ電極は複数の単位メッシュ電極を含むことができ、上記単位メッシュ電極は複数のライン電極を含むことができる。例えば、上記心臓メッシュ電極は７つの段がメッシュ電極を含むことができ、上記単位メッシュ電極は６対のライン電極を含むことができる。上記１対のライン電極はＳＢＳ層を間に置いて上下に配置されることができる。上記ライン電極はサーペンタイン形状を有する。ＳＢＳメッシュとＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体（電極）が積層され、溶接過程を通じて６対のライン電極で構成される一つの単位メッシュ電極が形成される。ＳＢＳゴムの熱可塑性のために、ＳＢＳメッシュとＡｇ＠Ａｕ ＮＷ／ＳＢＳ複合体内のＳＢＳは、熱と圧力の下で分散されて溶接されることができる。複数の単位メッシュ電極が整列され互いに溶接されて、心臓メッシュ電極が形成される。伝導層の側面を確実にカプセル化するために、開放された電極領域を除いてシリコーンゴムでコーティングされる。上記心臓メッシュ電極は、心臓の周りを包むために、複数の単位メッシュ電極が結合して扇形に広がっていく形状（ファン形状）を有することができる。 図１８は柔軟性ＰＣＢに連結されたスプレッド心臓メッシュ電極を示し、図１９は生きている豚の心臓のＭＲＩイメージを示す。 図１８及び図１９を参照すると、心臓メッシュ電極は、ＭＲＩ心臓イメージに基づいて、心臓の形状と大きさに合わせて形成されることができる。ＳＢＳゴムのブロック共重合体の構造は、上記重合体がスイッチングのためのソフトセグメントとクロスリンクのためのハードセグメントを有するように、形状記憶効果を有する。したがって、ガラス転移温度以上の温度で、ＳＢＳゴムのブロック共重合体は、ポリマーチェーンに変形が起きて心臓の大きさに合わせられるように変形されることができ、その状態でガラス転移温度以下に温度を下げると形状が固定されることができる。 図２０は、心臓メッシュ電極と上記心臓メッシュ電極のカスタマイジング過程を示す。 図２０を参照すると、３Ｄ印刷された心臓模型を用いた加熱と冷却過程を通じて、上記心臓メッシュ電極は心臓の形状を維持することができる。 図２１は、カスタマイジングの前後に心臓メッシュ電極ラインの抵抗を示す。 図２１を参照すると、心臓のメッシュ電極が心臓の元のサイズに合わせて伸長しても、電極の抵抗はカスタマイジング（customizing）過程の後にほぼ変わらない。 図２２はストレーンの下で心臓メッシュ電極の抵抗の変化を示し、図２３は３０％のストレーンの下で心臓メッシュ電極のサイクリックテストの結果を示す。電極ラインの各抵抗は、収縮期および拡張期サイクルの間に円周方向の変形に起因する３０％変形の下で測定し、中間サイズの電極ラインの抵抗変化は周期変形テストの中に測定した。 図２２及び図２３を参照すると、上記心臓メッシュ電極は、機械的変形及び周期的変形下でも、心臓信号を測定し、心臓を刺激することができる。 図２４は、心臓メッシュ電極の層断面による心臓メッシュ電極のモジュラスと豚の心臓のモジュラスを比較して示す。（ＰＣ：Porcine circumferential direction; ＰＬ：Porcine longitudinal direction） 図２４を参照すると、心臓メッシュ電極のモジュラスが豚の心臓（心筋）のモジュラスよりもずっと低いので、心臓メッシュ電極は心臓のポンピング活動を抑制せず、心室の動きと左心室（ＬＶ）の圧力を妨げない。 図２５はＬＡＤ（left anterior descending coronary artery）閉塞された豚の心臓に移植された心臓メッシュ電極のイメージを示し、図２６はＬＡＤ閉塞の１時間後、心臓メッシュ電極の心臓内エレクトログラムを示す。 図２５を参照すると、心臓メッシュを移植する前に、豚の心臓において左冠動脈前下行枝（left anterior descending coronary artery、ＬＡＤ）をバルーンカテーテルで閉塞させて急性心筋梗塞を誘導した。 図２６を参照すると、心臓内エレクトログラム（Intracardiac electrogram）は１時間のＬＡＤの閉塞後、それぞれの位置で同時に測定した。ＬＡＤの閉塞のために、広いＱＲＳ期間は、心筋組織が正常な位置と比較して前方左心室（ＬＶａ）で損なわれたという情報を提供することができる。特に３−５番の位置で心筋の損傷に起因する遅延伝導及びＳＴ上昇を示す。 図２７は、表面ＥＣＧ及び健康な組織と損なわれた組織の心臓内エレクトログラムを示す。 図２７を参照すると、心筋梗塞が激しくなるに応じて、心臓の機能が悪化して速い心拍数を意味する心室頻拍（ventricular tachycardia、ＶＴ）と無秩序な心拍数を意味する心室細動（ventricular fibrillation、ＶＦ）に誘導される。心室頻拍が開始される時に、正常組織からの信号は規則的かつ迅速な心拍数を示すが、損なわれた組織からの信号は無秩序なパターンを示す。 図２８はＭＲＩの３Ｄ再構成のイメージによるバイポーラー電極アレイを示し、図２９は３Ｄモデルの活性化マップを示し、図３０は３Ｄモデルの電圧マップを示す。 図２８乃至図３０を参照すると、局所電気活動は外心膜の上の２４対の電極から記録され、活性化マップは、表面ＥＣＧ（ｌｅａｄ ＩＩ）に基づいた電圧の最大傾きの時間差を示す記録されたバイポーラ心臓内エレクトログラムによって構成される。等時性心臓活性化マッピングは、損なわれた心臓の筋肉を検出することができ、最高電圧と最低電圧の違いマップである電圧マップと対応する。 図３１は３次元コーディネーテッド電気刺激下での収縮性を示し、図３２は定位ペーシングによる単一圧力曲線を示す。 図３１及び図３２を参照すると、平均収縮力（ｄＰ／ｄｔｍａｘ）はペーシングが同時に発生する間の圧力曲線に基づいて３次元コーディネーテッド電気刺激下で計算され、左心室の側面によるペーシングが心臓機能を回復させることに相対的に効果がある。 このように、本発明の実施例による心臓メッシュ電極を用いた胸部整形（stereotactical）ペーシングは、既存の心臓ペーシングカテーテルの方法で効果がない患者のための心臓同期化の治療に適用されることができる。 以上、本発明の具体的な実施例について考察した。本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形した形態で具現できることを理解することができるであろう。したがって、開示された実施例は限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されるべきである。本発明の範囲は前述した説明ではなく、特許請求の範囲に示されており、それと同等の範囲内にあるすべての差異点は本発明に含まれるものと解釈されるべきである。 本発明の実施例によるコア-シェルナノワイヤは、優れた生体適合性を持つことができる。上記コア-シェルナノワイヤを含む伸縮性複合体は、高い伝導性と優れた生体適合性を持つことができる。上記伸縮性複合体は、医療機器などに多様に活用することができる。

특허 등록번호

6957751B

특허 출원번호

2020523418

출원일

2018.10.25

등록일

2021.11.02

국가

일본

출원인

서울대학교산학협력단, 기초과학연구원

발명자

ヒョン，テクファン, キム，デヒョン, ハン，サンイン, チェ，スジ, チョン，ドンジュン

중요 키워드

core, shell, polymer, sbs, complex