원하는 부위에 고정되는 바늘형 마이크로로봇
원하는 부위에 고정되는 바늘형 마이크로로봇
  • 함예솔
  • 승인 2020.04.17 17:45
  • 조회수 1468
  • 댓글 0
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요약

 

원하는 치료 부위에 정확히 고정되는 바늘형 마이크로로봇이 개발됐습니다. 이 로봇은 치료 부위에 고정돼 안정적으로 약물 전달이 가능한데요. 기존 마이크로로봇 제어 방식을 획기적으로 개선해 다양한 정밀 의학기술에 적용될 것으로 기대됩니다. 

DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수 연구팀이 인체 내 치료가 필요한 부위에 정확하고 안정적으로 약물 전달이 가능한 바늘형 마이크로로봇(Needle-Type Microrobot)을 개발했다고 합니다. 이번 연구 성과는 기존의 마이크로로봇 약물전달기능 및 제어방식을 획기적으로 개선해 다양한 정밀의학기술에 적용 가능할 것으로 기대됩니다. 해당 연구는 <Advanced Healthcare Materials>에 게재됐습니다. 

‘Advanced Healthcare Materials’ 의 Front cover로 선정된 표지 그림. 출처: DGIST
Advanced Healthcare Materials의 Front cover로 선정된 표지 그림. 출처: DGIST

몸 속 자유롭게 돌아다니는 마이크로 의료로봇 개발

 

급속한 고령화와 환경오염에 따른 각종 질병의 증가로 인해 첨단의료기술개발은 전 세계적인 관심사입니다. 현재 인체 내 조직 치료 중 약물치료는 가장 일반적인 치료방법으로 쓰이는데 약물은 신체의 순환기능에 의해서만 전달되기에 목표하는 부위에만 필요한 양의 약물을 정확히 전달이 어려워 상당한 부작용이 발생합니다. 이러한 한계를 극복하고자 몸 속을 자유롭게 돌아다니며 목표하는 체내 조직의 정밀 치료가 가능한 마이크로 의료로봇 연구가 최근 각광받고 있습니다. 

바늘형 마이크로로봇의 약물전달 과정 모식도. 출처: DGIST
바늘형 마이크로로봇의 약물전달 과정 모식도. 출처: DGIST

이에 DGIST 최홍수 교수 연구팀은 세계 최초로 바늘형 마이크로로봇을 개발했습니다. 미세 로봇 구조물은 3차원 레이저 리소그라피 공정을 통한 나노-마이크로 스케일로 제작됐으며 금속박막 증착기술을 이용해 자성물질(Nickel, Ni)과 생체적합물질(Titanium oxide, TiO2)을 증착했습니다. 더불어 생체적합물질로 사용된 TiO2는 화학적인 방식으로 항암제(Paclitaxel, PTX) 탑재 능력을 향상시켰습니다.

  • 3D 레이저 리소그라피

100fs의 짧은 펨토초 펄스를 가지는 780nm파장의 레이저를 감광제에 조사해 노광하는 방식으로 마스크 없이 3D 구조를 가지는 정교한 구조물 제작이 가능합니다.

목표 지점으로 정확히 이동 가능한 바늘형 마이크로로봇

바늘형 마이크로로봇의 약물 전달 과정(a), 제어 환경에 따른 실험결과(b), 유체 흐름 환경에 따른 고정 기능의 정성(c) 및 정량(d)적인 실험결과. 출처:DGIST
바늘형 마이크로로봇의 약물 전달 과정(a), 제어 환경에 따른 실험 결과(b), 유체 흐름 환경에 따른 고정 기능의 정성(c) 및 정량(d)적인 실험 결과. 출처: DGIST

연구팀은 체외 약물 테스트 플랫폼에서 실험을 통해 기존의 마이크로로봇의 제어 기능을 한 차원 개선시켰습니다. 특히 이번에 개발한 바늘형 마이크로로봇은 목표 지점으로 정확한 이동이 가능하며 제어 시간 또한 획기적으로 줄였습니다. 또한 특정 치료 부위에 로봇을 고정시키기 때문에 외부의 지속적인 자기장 에너지 공급이나 제어가 불필요하며 실제 인체 내부와 같이 특정 유체 흐름이 있는 환경에서 기존보다 유체 저항을 최대 6배 더 견디면서 안정적으로 약물을 전달할 수 있는 것이 장점입니다.

형광을 입힌 암세포에 바늘형 마이크로로봇의 약물 방출을 나타낸 측정군과 약물 투입을 하지 않은 측정군 등을 시간에 따라 비교한 광학현미경 사진. 출처: DGIST
형광을 입힌 암세포에 바늘형 마이크로로봇의 약물 방출을 나타낸 측정군과 약물 투입을 하지 않은 측정군 등을 시간에 따라 비교한 광학현미경 사진. 출처: DGIST

연구팀은 또한 바늘형 마이크로로봇을 체외에서 배양한 암 종양 조직에 적용해 보았는데 암 종양에 고정되기 전, 후의 성능 테스트에서 유의미한 결과를 확인했으며 항암제 약물 방출을 통한 치료적인 효능도 추가로 증명했습니다. 

최홍수교수와 이승민 박사. 출처: DGIST
최홍수 교수와 이승민 박사. 출처: DGIST

DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수는 "이번 연구 결과를 통해 기존의 마이크로로봇의 기능을 더욱 개선시켜 약물전달 효율을 높이고 부작용을 줄일 수 있을 것으로 기대한다"며 "앞으로도 더욱 향상된 마이크로로봇을 지속적으로 개발해 장기적으로 동물실험과 관련 병원 및 기업과 후속 연구를 진행해 실제 의료 현장에서 활용될 수 있는 마이크로로봇 기반 정밀치료 시스템을 개발하는데 노력하겠다"고 말했습니다.


 


##참고자료##

 


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