이식형 생체의학 기기(IMD)는 최근 수십 년 동안 빠르게 발전하며 환자의 삶의 질을 효과적으로 개선하고 수명을 대폭 연장했습니다. 지금껏 마찰전기 나노발전기(TENG)를 포함하여 진보덴 생체역학적 에너지 하베스팅 기술들을 발전시키기 위해 많은 노력을 기울였습니다. TENG 는 자가발전 바이오 센서, 체내 삽입형 에너지 하베스터, 전기자극기 등으로 사용될 수 있습니다. TENG 를 기반으로 하는 전기자극기는 신경 및 근육을 자극할 수 있는 장치로써 자극을 포함하여 높은 잠재력을 가지고 있습니다. 초음파(US)는 의료 응용 분야에서 널리 사용되어 왔으며, 체내에서 낮은 감쇄율을 가져 깊은 조직에도 침투할 수 있으므로 US-driven TENG 의 체내 응용을 위한 안전한 기계적 에너지원으로서 사용될 수 있습니다. 또한, 체내에서 생분해되고 흡수될 수 있는 TENG 는 교체를 위한 별도의 수술을 필요로 하지 않는 실현가능한 솔루션을 제공합니다.

본 학위논문의 1 장에서는 TENG 의 포괄적인 배경 및 생물 의학 분야 및 다양한 분야에서의 응용에 대하여 소개했습니다.

2 장에서 초음파(US)에 의해 구동되는 체내 삽입형, 생분해성, 진동 마찰전기 나노발전기(IBV-TENG)로부터 발생하는 전기자극을 사용하여 체내 심부 조직 주변의 미생물을 제거하는 새로운 전략을 제시했습니다. IBV-TENG 의 사용을 모두 끝마친 이후, 초음파 강도를 제어하여 별도의 외과적 수술 없이도 체내의 소자를 제거할 수 있습니다. 체외 실험 조건에서 IBV-TENG 로부터 발생하는 ~4V 의 전압 및 ~22A 의 전류를 통해 ~100%의 박테리아 비활성화를 확인했습니다. 또한, 돼지조직을 이용한 체외 실험에서도 IBV-TENG 소자를 이용하여 박테리아를 성공적으로 비활성화할 수 있음을 확인하였습니다.

3 장에서는 완전히 생분해되는 초음파 기반 미생물 억제제 TENG (MI-TENG)에 대해 연구한 내용을 소개하고 있습니다. 본 연구는 이전에 발표된 연구와 비교하여 낮은 세기의 초음파 조건에서도 짧은 시간 내에 항균 활성을 입증하고, 더 나아가 MI-TENG 장치의 완전한 생분해를 확인하였습니다.

본 학위 논문에서 소개하고 있는 TENG 기반 항균 기술은 수술 부위 감염(SSI)에 대한 혁신적인 대응 전략으로 심부 조직의 미생물을 효과적으로 차단하여 환자의 기대 수명과 의료의 질을 높일 것으로 기대됩니다.