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바이오엔지니어링의 대표적인 융합학문분야로서 공학 (engineering)과 생물학 (biology), 의학 (medicine) 간의 모든 지식과 원리 및 기술을 공유함으로써 궁극적으로 모든 분야의 동반발전 (synergic advancement)을 추구한다고 생각할 때, 바이오 전자 (Bioelectronics)분야는 전자공학 (Electronics engineering)의 원리와 기술을 의생명과학 (biomedical science) 분야에 적용하고 또한 인체나 다른 생체 (living organism)의 생명현상의 원리를 전자공학적인 문제 해결에 적용하는 학문분야라고 정의할 수 있다. 전자공학의 세부주제인 전자회로, 전자소자, 전자기학, 신호처리, 시스템 모델링 및 해석, 통신이론, 반도체공학 등의 모든 분야가 대상이 될 수 있다.

1. 의료전자공학(Medical Electronics)

1958년 파리의 국제회의에서 처음으로 의학에 전자공학기술을 도입한 연구 분야를 의용전자공학으로 명명하기로 제창한 이후 전자공학의 급속한 발전에 따라 임상의학에 사용되는 다양한 전자공학 기반의 의료기기들이 개발되어 임상에 활용되고 있다. 이와 같이 질병의 진단과 치료, 그리고 장애의 보조와 지원 등을 위해 사용되는 수많은 종류의 전자기기들을 고안, 설계, 제작 및 평가하는 분야이다. 가장 잘 알려진 분야로는 의학영상(medical imaging)을 들 수 있는데, digital X-ray, CT(computerized Tomography), MRI(Magnetic Resonance Imaging), 초음파(Ultrasonography), PET(Positron Emission Tomography)등의 의료기기들이 개발되어 임상에 사용되고 있다. 그 밖의 다양한 생체신호계측(Biomedical Instrumentation) 분야에서는 생체전기신호(Bioelectric Signal)를 측정하는 심전도계(ElectroCardioGraph), 뇌파계(ElectrEncephalograph), 근전도계(ElectroMyograph) 등이 있고 다양한 물리센서, 화학센서, 바이오센서 기반의 의료기기들이 연구 및 개발되어 사용되고 있다. 혈압계, 산소포화도측정계(pulse oximeter), 전기자극기(Electrical Stimulator), 전기수술기(ElectroSurgical Unit), 레이저(Laser), 혈액분석장치 등 그 종류는 엄청나게 많다.

(주)메디슨의 의료용 초음파 영상기기

2. 생물학적 연구를 위한 전자공학(Electronics for Biological Research)

생명현상의 이해를 위한 생물학적 연구에서 전자공학적 원리인 전자기학 (Electromagnetics)의 응용은 생체전자기학 (Bioelectromagnetism)이나 생체광학 (Biophotonics)과 같은 새로운 연구분야를 만들었다. 최근들어 가장 활발하게 적용되는 분야로는 반도체소자 제조공정에서 사용되는 광식각술 (Photo lithography)을 이용한 미세가공기술 (Microfabrication)의 응용이다. 이러한 미세가공기술이 처음 성공적으로 웅용된 분야는 MEMS ( MicroElectroMechanical System) 분야인데, 이 기술을 이용하여 제작된 1회용 압력 센서는 수술장에서 환자의 혈압을 실시간 모니터링하는데 사용되고 있다. 이러한 MEMS 기술을 생물학분야에 응용한 것을 BioMEMS라고 하는데, 반도체소자 제조에서 사용되는 실리콘 외에 생물학적 연구에 적합한 유리(slide glass), 투명 폴리머(PDMS가 대표적인 물질임, silicon 과 silicone을 구별)등을 사용하여 micrometer 수준의 미세구조체를 제작하고 이를 생물학적 연구에 사용하려는 이른바 바이오칩(Biochip) 분야 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 미세구조체를 이용하여 단일세포수준이나 더 작은 분자수준의 생물학적 연구를 수행하기에 적합한 새로운 연구 플랫폼을 제공할 수 있게 되었다. 또한 이러한 시스템을 이용하여 다양한 검체에 대한 분석을 바이오칩 상에서 실현하는 연구가 활발하게 진행되고 있는데 이러한 시스템은 실험실을 칩 위에 구현했다는 의미로 Lab-on-a-Chip 또는 전체분석과정을 착은 칩 상에서 구현했다는 의미로 μTAS(Micro Total Analysis System)이라고 부른다.

(주)삼성전자의 혈액검사장치와 Lab-on-a-Chip module

3. 생분자 전자공학(Biomolecular Electronics)

기전의 전자공학인 실리콘을 주재료로 하는 반도체 소자를 중심으로 발전되어 왔으나 그동안의 기술발전의 한계로서 새로운 물질을 기반으로 하는 전자소자에 대한 관심과 연구가 진행되고 있다. 이러한 시도로서 생체분자(Biomolecule)를 이용한 전자소자의 가능성을 연구가 시도되고 있는데 Bacteriorhodopsin을 이용한 광학소자나 광학 메모리소자로의 활용이나 DNA(Deoxyribonucleic acid)을 이용한 quantum computing, 자기조립분자(Self-assembly molecule)를 이용한 메모리소자, 이중안정(bistable) 분자를 이용한 스위칭소자 구현 등이 연구되고 있다.

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