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명지대 정상국 교수팀, 인체서 기포 이용해 약물 전달하는 초소형 로봇 개발

중앙일보 2020.04.21 15:19
〈사진〉 정상국 교수 연구팀(왼쪽으로부터 김대근, 이대영, 정상국(교수), 정진원 연구원)

〈사진〉 정상국 교수 연구팀(왼쪽으로부터 김대근, 이대영, 정상국(교수), 정진원 연구원)

명지대학교(총장 유병진) 기계공학과 정상국 교수 연구팀(정진원, 장대성, 김대근, 이대영 연구원)이 사람 몸속의 혈관을 통해 움직일 수 있는 초소형 로봇 및 공기방울(기포)을 이용해 인체 내부 목표 위치에 약물을 전달하는 약물 전달 기술을 개발했다.  
 
정상국 교수 연구팀이 개발한 로봇은 기존 초소형 로봇을 제어하고, 약물의 전달 방식을 획기적으로 개선했다. 외부 전자기장의 제어에 의해 움직이는 초소형 로봇은 여러 개의 기포들을 통해 약물의 손실 없이 안정적으로 목표한 부위까지 약물을 전달한다. 또한 특정 소리(음파)에 의해 기포를 발생시키며 이때 생겨난 유동을 통해 약물을 방출한다. 개발된 초소형 로봇은 창의적 기포 제어 기술을 지니고 있다. 우수한 약물 봉인 능력을 갖고 있으며, 기존의 고체 형태뿐만 아니라 액상 형태의 약물 또한 체내에 전달 가능하다는 장점이 있다.  
 
〈그림〉 전자기력으로 구동하는 초소형 로봇을 이용한 체내의 표적약물전달 기술: (a) 초소형 로봇의 구동 도식도; (b) 음파에 의해 떨리는 기포를 이용한 약물전달 도식도

〈그림〉 전자기력으로 구동하는 초소형 로봇을 이용한 체내의 표적약물전달 기술: (a) 초소형 로봇의 구동 도식도; (b) 음파에 의해 떨리는 기포를 이용한 약물전달 도식도

현재 구강이나 정맥을 통해 약물을 투여하는 방법이 가장 일반적인 체내 약물 전달 방식이나, 약물은 신체의 순환 기능에 의해서만 전달되기 때문에 목표한 부위에 원하는 양만큼 약물을 전달하기 어렵다. 약물 전달이 필요하지 않은 다른 조직까지 약물이 침투될 수 있다. 기존의 초소형 로봇은 표면에 약물을 탑재하거나 생분해성 재료가 분해되면서 약물을 방출하는 방법을 쓴다. 이와 같은 방법은 이동 중 약물이 손실될 가능성이 높다는 단점을 갖고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 정상국 교수 연구팀이 연구를 진행하였으며, 몸속을 자유롭게 돌아다니며 목표한 체내 조직으로 정밀하게 약물 전달이 가능한 초소형 로봇을 성공적으로 개발했다.
 
〈그림〉 특정 소리(음파)에 의해 떨리는 기포에서 발생한 유동 (a) 유동 가시화 결과; (b) 유동 PIV (Particle Image Velocimetry) 결과

〈그림〉 특정 소리(음파)에 의해 떨리는 기포에서 발생한 유동 (a) 유동 가시화 결과; (b) 유동 PIV (Particle Image Velocimetry) 결과

이번 연구는 교육부가 추진하는 이공학개인기초연구사업의 지원으로 수행되었다. 연구결과는 IEEE 주관 저명 맴스(MEMS) 학술대회에 2018년 1월 발표되어 최종 우수논문 15에 선정되었을 뿐만 아니라 국제 학술지 ‘Sensors and Actuors A: Physical’에 2020년 4월(연구논문: Acoustic bubble-based drug manipulation: Carrying, releasing and penetration for targeted drug delivery using an electromagnetically actuated microrobot’) 선행연구로 게재될 예정이다.
 
 
온라인 중앙일보
 
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