소식

Nov 08, 2023

'스파이더'라는 힌트와 함께

2023년 4월 21일 작성자: Dina Weinstein Dreamwork, 팀워크 정보: 2023년 Research Weeks의 일환으로 이 시리즈에서는 학부생과 교수 멘토가 자신의 연구와 무엇에 대해 이야기하는지 보여줍니다.

2023년 4월 21일

디나 웨인스타인

Dreamwork, 팀워크 정보: Research Weeks 2023의 일환으로 이 시리즈에서는 학부생과 교수진 멘토가 연구에 대해 이야기하고 그 과정에서 서로에게서 배운 내용을 소개합니다.

버지니아 커먼웰스 대학교 공과대학 4학년인 Caleb Wells는 매우 큰 응용 분야가 있는 미세한 프로젝트인 조직 공학에 많은 시간을 할애하고 있습니다.

도마뱀 DNA를 사용하여 캐릭터의 잃어버린 팔이 다시 자라나는 "스파이더맨" 프랜차이즈를 생각해 보십시오. 조직공학은 다소 유사한 개념으로, 관상동맥 우회술을 위한 혈관 이식편을 만드는 데 사용됩니다. Wells는 공정에 사용되는 작은 지지대가 어떻게 저하되는지 조사합니다.

“우리는 비계에 세포를 넣고 비계 주위에 세포를 만듭니다. 건설 프로젝트가 끝나면 비계를 철거하는 것과 같습니다.”라고 기계 및 원자력 공학과 학생인 Wells가 말했습니다. “이 비계는 인체 내부에서 생분해됩니다. 그래서 어느 시점이 되면 남는 것은 숙주 자신의 세포뿐입니다. 그래서 거절할 가능성도 없고 아무것도 없습니다. 완벽한 대체품입니다.”

폴리카프로락톤이라는 폴리머로 만들어진 섬유가 지지체를 형성하며 Wells는 이러한 섬유의 특성에 중점을 둡니다. 섬유에 대한 기준 측정을 테스트하고 확립하기 위해 그는 3,000배 확대되는 주사 전자 현미경을 사용합니다. 미세한 섬유는 직경이 약 1마이크로미터입니다.

지지체를 생산하기 위해 전기방사라고 알려진 공정을 통해 폴리머를 용액에 분산시킵니다. Wells는 “마분지 튜브 주위에 솜사탕을 돌리는 것과 같이 비계의 모든 방향으로 향하는 섬유를 얻을 수 있습니다.”라고 말했습니다. "어떤 면에서는 유익할 수도 있지만, 찾고 있는 기계적 특성에 따라 그다지 유익하지 않을 수도 있습니다."

Wells는 ETM3(Engineered Tissue Multiscale Mechanics & Modeling) 연구소에서 Joao Silva Soares 박사의 지도 하에 일하고 있습니다. 심혈관 조직 공학을 위한 고도로 통합적인 실험-계산 접근법을 개발하는 것을 목표로 합니다.

"고분자 지지체는 결국 공학적으로 만들어진 새로운 조직으로 완전히 대체되기 위해 분해되어야 합니다"라고 Soares는 말했습니다. "우리는 먼저 생물반응기 내부의 조직을 더 잘 설계하여 신체 내부에 더 나은 통합을 달성할 수 있는 방법을 이해하려고 노력하고 있습니다."

Wells는 2021년 여름 교수의 변형 역학 수업을 듣다가 Soares를 만났고, 이를 통해 재료와 모양이 힘에 따라 어떻게 구부러지고 변형되는지에 대한 창을 열었습니다.

Wells는 또한 단축 및 이축 기계적 인장 시험기를 사용하여 재료 테스트를 수행하기 위한 장치 설계 작업을 진행하고 있습니다. “이것은 영의 탄성 계수를 사용하여 현미경으로 관찰한 섬유가 시간이 지남에 따라 어떻게 영향을 받는지 결정하는 데 도움이 됩니다.”라고 그는 말했습니다. “모든 방향으로 당기면 각 방향의 섬유가 어떻게 영향을 받는지 볼 수 있습니다. 나는 이미 존재하는 작동 기계와 함께 프로그래밍과 전기 설계를 다루게 됩니다. 이제 저는 기계를 만드는 동시에 백엔드 작업도 하고 있습니다.”

여기서 학생과 멘토는 함께 일하면서 배운 내용에 대해 생각을 공유합니다.

이 프로젝트의 어떤 점에 끌렸나요?

제가 흥미를 느낀 것은 어떻게 기계공학을 생물의학 작업에 적용할 수 있느냐는 것이었습니다. 내 가족과 친구들은 내 성격에 따라 사람들을 돕는 것을 좋아하기 때문에 생물 의학 분야에 들어갈 것이라고 항상 나에게 말했습니다. 이 연구실에서는 아직 누군가의 몸에 직접 들어가는 일을 직접적으로 연구하고 있지는 않습니다. 나는 그 측면의 기계적 측면을 연구하게됩니다. 지금 저는 이 비계의 기계적, 물질적 특성을 분석하고 있습니다. 그래서 나는 인체의 한 가지 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 하는 더 큰 프로젝트에 참여합니다. 변화를 가져올 수 있는 일의 일부가 된다는 것은 저를 정말 흥분시켰습니다.

그 경험을 통해 무엇을 얻었나요?

[실험] 연구실의 가장 큰 장점 중 하나는 수업 시간에 배운 내용을 다양한 프로젝트에 적용할 수 있다는 것입니다. 이 실습에서는 재료 테스트로 시작한 작업에 직접적으로 영향을 미치는 변형체 역학과 재료 과학을 방금 수강했기 때문에 이 작업을 수행하는 것이 매우 쉬웠습니다. 영 탄성계수(Young's Modulus of Elasticity)는 제가 한두 학기 전에 배운 용어였기 때문에 이론적 교과 과정을 실제 경험에 직접 적용하여 구체적인 기초를 다졌습니다. 그렇게 할 수 있게 된 후에는 많은 일이 훨씬 쉬워졌습니다.