칼텍(Caltech) 연구진이 종양을 갖고 있는 소화기관에 침투해 약물을 전달할 수 있는 의료용 마이크로 로봇을 개발했다고 밝혔다.

칼텍 '리홍 왕(Lihong Wang)','웨이 가오(Wei Gao)' 교수 등 연구팀은 위 안으로 들어가 종양 치료 약물 등을 전달할 수 있는 마이크로 로봇을 개발하고 관련 연구 논문을 ‘사이언스 로보틱스’에 게재했다.

연구팀이 개발한 구형(sphere)의 마이크로 로봇은 마그네슘 금속을 금·파릴렌(parylene) 층으로 코팅하고 샌드위치처럼 가운데 부분에 치료 약물을 첨가했다. 이 로봇은 체내에서 일종의 마이크로 모터(micromotor) 역할을 한다. 코팅 막은 위와 같은 소화관 내부의 극한 환경에서 마이크로 로봇을 보호한다.

구형 마이크로 로봇은 일부 코팅이 안되어 있는 부분이 있는데 소화관 내부의 유체와 만나면 마그네슘에 반응하면서 아주 작은 가스 버블들(bubbles)을 만들어낸다. 소형의 가스 버블들이 제트 엔진처럼 추진력을 발휘하면서 마이크로 로봇을 근처의 인체 조직과 충돌하게 한다. 마이크로 로봇들은 더 큰 구형 캡슐안에 여러개가 들어 있다.

그렇다면 종양의 위치와 마이크로 로봇의 위치는 어떻게 확인할까. 연구팀은 적외선 레이저 광선 기반의 ‘PACT(photoacoustic computed tomography:광음향 컴퓨터 단층촬영)’ 기법을 적용했다. 적외선 레이저 광선을 환부 조직에 조사하면 적혈구안에 있는 헤모글로빈이 빛을 흡수하고 헤모글로빈 분자들이 초음파 진동을 한다. 이 초음파 진동에 관한 정보는 피부에 밀착되어 있는 센서를 통해 취득되고 신체 내부의 이미지를 만들어내고 마이크로 로봇의 위치를 파악하는 데 도움을 준다.

구체적으로 복수의 마이크로 로봇이 들어있는 캡슐이 종양 근처에 접근하면 '지속파 근적외선 레이저 광선(continuous-wave near-infrared laser beam)'을 조사해 로봇을 활성화할 수 있다.

왁스로 만들어진 캡슐은 적외선 레이저 광선을 만나면 열이 가해지고 왁스 캡슐이 녹으면서 마이크로모터(마이크로 로봇)들이 한꺼번에 분출되면서 소화관 내 유체에 노출된다. 마이크로 로봇은 소화관 내부의 점액안으로 침투해 장시간 머무르면서 치료 물질을 체내에 전달한다. 마그네슘은 생분해 작용을 통해 신체에 손상을 주지않고 자연분해된다.

연구팀은 이번에 개발한 마이크로 로봇 기능을 동물 실험을 통해 확인했다고 밝혔다. 다음 단계는 약물의 치료 효과를 확인할 계획이다. 또 소화관 뿐 아니라 신체의 다른 부분에도 적용할 수 있는 변형 마이크로 로봇 개발에도 나서기로 했다.