이산화바나듐 소자 기반 생체안전성 수동형 열 조절 시스템 개발
- 주제(키워드) A Solution for Preventing Misalignment-Induced Overheating in Biodegradable Implantable Electronic Devices
- 주제(DDC) 621.8
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 한승용
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035462
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
시한성 이식형 의료 전자장치는 체내에서 자연 분해되어 제거 수술 부담과 환자의 만성 감염 위험을 줄이는 차세대 기술로 주목받는다. 그러나 대부분의 시한성 이식형 전자장치가 채택하고 있는 유도 결합 기반의 무선 전력 전송 방식은 송수신 코일 간의 상대적인 움직임에 민감하여 환자의 움직임이나 장기 연동 운동에 의한 원치 않는 과전압 및 과열을 유발할 가능성을 낳는다. 이를 극복하기 위한 다양한 선행 연구들이 진행되었으나 비분해성 소재와 시스템 복잡성으로 인해 시한성 기기에 부적합하며 실질적인 과열 대처 기능이 부재했다. 이에 본 연구에서는 별도의 능동 제어 회로 없이 자가 구동되는 생체 안전 수동형 열 조절 시스템 (Biocompatible Passive Thermal Regulator system, BPTR)을 제안한다. BPTR 은 복잡한 회로 없이 텅스텐 도핑된 이산화바나듐 (W-VO₂) 기반 박막형 스위치 하나로 구현되며, 43℃에 도달하면 재료적 상전이를 통해 전력 전송 효율을 57.3% 낮춰 과열을 즉각 차단한다. 이를 시한성 이식형 온열 치료 장치에 적용하여 실제 안테나 오정렬에 의한 과전압 상황에서도 대조군 대비 9℃ 낮은 온도를 유지하며 실질적인 조직 손상 방지 효과를 입증하였다. 본 연구는 단일 수동 소자만으로 이식형 기기의 열적 안전성을 보장하는 새로운 플랫폼 기술을 제시한다. 주제어: Transient Implantable Electronics, Inductive Coupling, Overheating Protection, Passive Thermal Regulator, W-VO₂ (Tungsten-Doped Vanadium Dioxide)
more목차
1. 서론 1
2. 본론 5
2.1. 생체 안전 수동형 열 조절 시스템 (BPTR) 개요 5
2.2. 이산화바나듐 기반 생체안전성 소자 (W-VO₂ 스위치) 개발 9
2.2.1. 이산화바나듐 기반 생체안정성 소자 (W-VO₂ 스위치)의 재료적 메커니즘 9
2.2.2. 이산화바나듐 기반 생체안정성 소자 (W-VO₂ 스위치) 최적화 11
2.2.3. 이산화바나듐 기반 생체안정성 소자 (W-VO₂ 스위치) 제작 과정 14
2.2.4. 이산화바나듐 기반 생체안전성 소자 (W-VO₂ 스위치) 열반응 성능 평가 17
2.2.5. 이산화바나듐 기반 생체안전성 소자 (W-VO₂ 스위치) 세포 독성 평가 19
2.3. 생체 안전 수동형 열 조절 시스템 (BPTR) 설계 및 최적화 23
2.3.1. 생체 안전 수동형 열 조절 시스템 (BPTR) 설계 개요 23
2.3.2. 생체 안전 수동형 열 조절 시스템 (BPTR) 분석 및 평가 26
2.4. 시한성 이식형 온열 치료 장치로 적용을 통한 BPTR 의 과열 방지 성능 평가 34
2.4.1. BPTR 기반 시한성 이식형 온열 치료기 설계 최적화 34
2.4.2. 안테나 오정렬에 의한 BPTR 온열 치료기의 과열 상황 분석 38
2.4.3. BPTR 온열 치료기의 실제 오정렬 상황에서 과열 방지 성능 평가 41
3. 결론 44
참고문헌 46
