DGIST(총장 국양)는 최홍수 교수(로봇및기계전자공학과)팀이 김성원 가톨릭대 서울성모병원 교수팀, 브래들리 넬슨 스위스취리히연방공대 교수팀과 공동으로 한 연구를 통해 체내에서 분해되는 마이크로 로봇을 분당 100개 이상 제작하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 표적정밀 치료를 위한 마이크로로봇 제작은 두 개의 레이저를 합성수지에서 교차시켜 중합반응을 일으키는 이광자 중합이라는 초미세 3D 프린팅 기술이 가장 많이 사용된다. 그런데 3D 프린팅으로 구현된 화소를 하나하나 경화하다 보니 오래 걸린다는 단점이 있다. 로봇 내부의 자성나노입자가 이광자 중합 과정에서 빛이 지나가는 경로를 막아서 공정 결과가 균일하지 못할 가능성도 높다.
최홍수 교수팀은 생분해성 재료이면서 빛을 이용해 경화가 가능한 물질인 젤라틴 메타크릴레이트와 자성나노입자의 혼합물을 미세 유체 칩 내부에 흘려보내는 방식으로 마이크로 로봇을 분당 100개 이상 만드는 기술을 개발했다.
이는 기존 이광자 중합 방식 마이크로 로봇 제작 방법보다 1만배 이상 빠른 속도다.
연구진은 이렇게 만든 마이크로 로봇을 사람의 코에서 채취한 줄기세포와 함께 배양해 로봇 표면에 줄기세포가 부착되도록 유도했다.
이를 통해 내부에는 자성나노입자가 있고 표면에는 줄기세포가 붙어 있는 마이크로로봇을 제작했다.
로봇은 내부에 포함된 자성나노입자가 외부 자기장에 반응해 이동하며 원하는 위치로 이동한다.
실험을 통해 로봇이 미로 형태의 마이크로 채널을 통과해 목표 지점에 도달하고, 배양한 지 6시간 후에는 완전히 분해되는 것도 확인했다.
내부에 있던 자성나노입자는 자기장을 이용해 수거했고, 줄기세포는 마이크로로봇이 녹은 위치에서 증식했다. 약 21일 후에는 신경세포로 분화하는 것도 확인했다.
연구진은 마이크로 로봇이 전달한 줄기세포가 정상적으로 전기적·생리적 특성을 나타내는지도 검증했다.
이를 바탕으로 마이크로 로봇이 신경세포 전달체로 역할을 제대로 함을 확인했다.
최홍수 DGIST 교수는 "마이크로 로봇의 대량 제작, 전자기장에 의한 정밀 구동, 줄기세포 전달·분화 등 이번 연구를 통해 개발한 기술이 향후 표적 정밀 치료의 효율을 획기적으로 높일 것으로 기대한다"고 밝혔다.
이 연구 결과는 세계적인 과학 학술지 '스몰'에 6월 23일 게재됐다. 연구는 과학난제도전협력지원단, 한국연구재단, 과학기술정보통신부의 지원으로 수행됐다.
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