▲ 명지대학교 기계공학과 정상국 교수 연구팀이 '기포'를 이용해 인체 내에서 약물을 전달하는 초소형 로봇을 개발했다. 왼쪽부터 김대근, 이대영 연구원, 정상국 교수, 정진원 연구원. (사진=명지대)

명지대학교 기계공학과 정상국 교수 연구팀이 사람 몸속의 혈관을 통해 움직일 수 있는 초소형 로봇 및 공기방울(기포)을 이용해 인체 내부 목표 위치에 약물을 전달하는 약물 전달 기술을 개발했다고 밝혔다.

기존의 초소형 로봇은 표면에 약물을 탑재하거나 생분해성 재료가 분해되면서 약물을 방출하는 방법을 쓴다. 하지만 이와 같은 방법은 이동 중 약물이 손실될 가능성이 높다는 단점을 갖고 있다. 이 같은 한계를 극복하기 위해 정상국 교수 연구팀은 몸속을 자유롭게 돌아다니며 목표한 체내 조직으로 정밀하게 약물 전달이 가능한 초소형 로봇을 개발했다.

이번에 개발한 로봇은 기존 초소형 로봇을 제어하고, 약물의 전달 방식을 획기적으로 개선했다. 외부 전자기장의 제어로 움직이는 이 초소형 로봇은 여러 개의 기포들을 통해 약물의 손실 없이 안정적으로 목표한 부위까지 약물을 전달한다.

▲ 전자기력으로 구동하는 초소형 로봇을 이용한 체내의 표적약물전달 기술 (a) 초소형 로봇의 구동 도식도 (b) 음파에 의해 떨리는 기포를 이용한 약물전달 도식도(사진=명지대)

이 초소형 로봇은 특정 소리(음파)로 기포를 발생시키며 이때 생겨난 유동을 통해 약물을 방출한다. 창의적 기포 제어 기술도 갖췄다. 우수한 약물 봉인 능력을 갖고 있으며, 기존의 고체 형태뿐만 아니라 액상 형태의 약물 또한 체내에 전달 가능하다는 장점이 있다.

▲ 특정 소리(음파)에 의해 떨리는 기포에서 발생한 유동 (a) 유동 가시화 결과; (b) 유동 PIV (Particle Image Velocimetry) 결과(사진=명지대)

이번 연구는 교육부가 추진하는 이공학 개인기초연구사업의 지원으로 수행되었다. 연구결과는 IEEE 주관 저명 맴스(MEMS) 학술대회에 지난 2018년 1월 발표돼 최종 우수논문 15에 선정된 바 있다. 아울러 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.