"신개념 의료기기 기술로 차세대 제품 만든다"

△ 차세대 의료기기 기술이 잇따라 개발되고 있다.

국내에서 차세대 의료기기 기술을 잇따라 개발해 상용화 기대감을 높이고 있다.

9일 학계 등에 따르면 국내 연구진이 바이오잉크용 잉크젯 프린트 헤드, 꺾이는 담도용 금속 스텐트, 피부자극 없고 재사용 가능 초강력 접착 패치 등을 개발하는데 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 이병철 책임연구원팀은 최근 전자재료연구센터 백승협 책임연구원, 고려대 김태근 교수와 공동으로 압전물질(기계적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 물질)을 활용해 기존보다 두께가 얇으면서도 성능은 높인 바이오잉크용 잉크젯 프린트 헤드를 개발했다.

바이오프린팅은 세포와 하이드로젤 같은 바이오잉크를 사용해 인체 조직이나 장기 같은 3차원(3D) 구조물을 제작하는 기술이다.

생체 재료를 쓰는 만큼 잉크젯 장비의 발열에 민감하고, 대부분 하나의 바늘을 가지는 주사기 형태 정도에 머물러 제작에 오랜 기간이 걸리는 게 기술의 한계점으로 여겨져 왔다.

구팀은 전기에 따라 압력이 변하는 물질인 압전물질 중 하나인 'PMN-PZT' 박막을 재료로 사용해 자유롭게 조절할 수 있는 16개 잉크 토출부를 0.3㎜ 간격으로 배치한 프린트 헤드를 개발했다.

박막 형태로 잉크젯 두께를 줄여 하이드로젤을 기존 대비 2분의 1 수준인 지름 32마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 크기로 출력하는 데 성공했으며, 출력 속도도 초당 1.2m로 빨라졌다고 연구팀은 설명했다.

또 발열을 기존 잉크젯 대비 73.4% 줄여 출력할 때 온도 상승을 3.2도 이내로 억제해 동작 온도를 30도 이하로 유지함으로써 바이오잉크 변성을 최소화했다.

연구팀은 고해상도 3D 오가노이드 장기 모델 제작에 대한 가능성을 높였다으며 젤라틴 등 다양한 바이오잉크를 시도해 실제 이식 치료 및 독성 평가에 적용이 가능한 장기를 만들 수 있는 3차원 바이오프린터를 상용화할 계획이다.

차 의과학대학교 분당차병원 소화기내과 권창일 교수팀은 최근 엠아이텍 문종필 수석연구원팀과 함께 스텐트의 일부가 자유 자재로 꺾이는 담도용 스텐트를 세계 최초로 개발했다.

꺾이는 담도용 스텐트는 식품의약품안전처로부터 품목 허가 승인을 받아 임상에서 사용할 수 있게 됐다.

이 스텐트는 음식물이 역류하는 환자를 대상으로 항역류 기능을 갖는 스텐트로 항역류 기능의 유지 기간을 검증하기 위해 분당차병원을 포함한 국내 7개 대학병원에서 추가 연구를 진행할 예정이다.

담도는 간에서 생성된 담즙(쓸개즙)을 십이지장으로 흘려보내는 소화기관으로 담석이나 암, 종양 등에 의해 막히는 경우 담도용 스텐트를 삽입해 담즙이 십이지장 쪽으로 정상적으로 흐를 수 있게 해 음식물의 소화를 돕는다.

기존의 소화기계 금속 스텐트는 폐쇄된 부위를 확장하기 위해 모두 일자형으로 만들어졌다.

그러나 전신상태가 좋지 않아 누워지내는 환자들에 적용했을 때, 십이지장 내 음식물이 담도로 역류할 가능성이 높았다.

음식물이 역류되면 담도염이 빈번하게 발생하며 흘러내리는 담즙과 섞여 담도 결석 등을 형성해 오히려 역으로 조기에 스텐트 폐쇄를 유발할 수 있는 문제점이 있었다.

십이지장 내 음식물 역류 문제를 보완하는 담도용 금속 스텐트를 개발하기 위해 15여년간 활발히 연구가 진행되었지만 역류 방지용 밸브의 기능 문제로 오히려 조기에 스텐트 기능 부전이 발생할 수 있다는 결과들이 보고되면서 이렇다 할 진전이 없었다.

연구팀은 기초실험을 진행한 결과 십이지장으로 유입된 음식물과 섞여 있는 위산에 의해 항역류 밸브가 손상을 입는다는 것을 입증해 보고했다.

이에 따라 기존 스텐트에 밸브를 부착할 것이 아니라 담즙이 배액 되는 방향을 십이지장 하부 쪽으로 완전히 조절해 음식물이 역류되는 것을 막고자 설계 제작했다.

5년간 연구결과 기초 대동물 실험을 통해 항역류 기능의 증명 및 기능 보완에 성공해 식품의약품안전처에서 최종 판매 승인을 받았다.

울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 정훈의 교수팀은 최근 접착력을 극대화하면서도 원하는 방향으로 제어하며 붙일 수 있는 '프로그래머블 메타 패치' 기술을 만들었다.

하이브리드 패치는 육각형 기둥과 팁 구조, 비선형 절단 구조를 적용해 기존 접착제보다 70배 강한 접착력을 발휘한다.

화학 접착제를 사용하지 않아 피부에 자극이 없고 재사용도 할 수 있다.

아주 작은 부분부터 큰 부분까지 균열을 방지하는 데 효과적이다.

연구팀은 자연에서 영감을 받아 만든 접착 구조와 키리가미(평면 물체의 선을 따라 칼로 오려내 패턴 및 구조물을 만드는 방식) 메타 구조를 결합해 패치를 개발했다.

패치는 접착력과 붙는 방향을 필요에 따라 조절할 수 있다.

방향에 따라 접착력이 달라지지만, 원하는 방향으로 붙일 수 있어 효율적이라고 연구팀은 설명했다.

또 패치를 활용해 제작된 웨어러블 VR 장치는 빠르고 격한 움직임에도 안정적인 피부 접착 성능을 보였고, 피부에 거의 자극을 주지 않았다.

연구팀은 기존 바이오 헬스케어와 웨어러블 디바이스의 피부 접착 기술은 화학적 접착제로 인해 피부에 자극을 주고 재사용이 어려웠지만 강한 접착력을 유지하면서도 방향성 접착을 적용해 피부 자극을 줄이고, 재사용 가능하도록 했다고 설명했다.