줄기세포 전달과 같은 재생의학 효율을 높이는데 기여할 수 있는 연구결과가 나왔다.
DGIST(총장 국양)는 최홍수 로봇및기계전자공학과 교수팀이 가톨릭대학교 서울 성모병원 김성원 교수팀, 스위스취리히연방공대(ETH Zurich) 브래들리 넬슨 교수팀과 공동연구를 통해 체내에서 분해 가능한 마이크로로봇을 분당 100개 이상 제작하는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.
최소 침습적 표적 정밀 치료를 목표로 하는 마이크로로봇은 다양한 방법으로 제작이 가능하지만, 그 중 두 개의 레이저를 합성수지에서 교차시켜 중합반응을 일으키는 방식인 이광자 중합이라는 초미세 3D 프린팅 기술이 가장 많이 사용되고 있다.
이 기술로 나노미터 단위 정밀도를 가진 구조체를 만들 수 있으나, 3D 프린팅으로 구현된 화소(Voxel)를 하나하나 경화시켜야하기 때문에, 하나의 마이크로로봇을 만드는데 오랜 시간이 소요된다는 단점이 있다. 또 로봇 내부에 포함되어 있는 자성나노입자가 이광자 중합 과정에서 빛이 지나가는 경로를 막을 수 있기 때문에, 높은 농도의 자성나노입자를 사용할 시 공정 결과가 균일하지 못할 가능성이 높다는 문제점도 가지고 있다.
연구팀은 기존 마이크로로봇 제작 방법의 한계를 극복하기 위해 생분해성 재료이며, 빛에 의해 경화가 가능한 물질(Gelatin methacrylate)과 자성나노입자의 혼합물을 미세 유체 칩 내부에 흘려보내어 마이크로로봇을 분당 100여개 이상의 높은 속도로 제작할 수 있는 방법을 개발했다. 이는 기존 마이크로로봇 제작 방법인 이광자 중합을 이용했을 때 보다 1만배 이상 빠른 속도이다.
해당 기술로 제작된 마이크로로봇을 사람의 코에서 채취한 줄기세포와 함께 배양, 마이크로로봇 표면에 줄기세포가 부착되도록 유도했다. 이 과정으로 내부에는 자성나노입자가 포함되어 있고, 외부 표면에는 줄기세포가 부착된 줄기세포 담지 마이크로로봇을 제작했다. 로봇은 내부에 포함된 자성나노입자가 외부 자기장(자석, 전자기장 등)에 반응하여 이동하며, 원하는 위치로 이동하게 할 수 있다.
최홍수 교수는 “마이크로로봇의 대량 제작, 전자기장에 의한 정밀 구동, 줄기 세포 전달 및 분화 등 본 연구를 통해 개발된 기술이 향후 표적 정밀 치료의 효율을 획기적으로 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.”고 밝혔다.
과학난제도전협력지원단, 한국연구재단 및 과학기술정보통신부의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 세계적인 국제 과학 학술지 '스몰(Small)'에 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
