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인체내에 약을 공급하는 3D프린팅 마이크로봇 개발
2020-12-06 18:34:33

스위스 취리히의 과학자들이 인체내 혈관을 통하여 약을 운반할 수 있는 3D프린팅한  아주 작은 마이크로봇(mircrobot)을 개발했습니다. 이들이 연구한 내용은 네이처에 발표가 되었습니다.

이전에도 2PP(Two-Photon Polymerization, 2 광자 중합)  3D프린팅을 활용하여 마이크로봇을 제작하는 사례가 있었습니다만, 이번에는 달라진점은 멀티소재를 사용한 점입니다. 논문의 저자 중 한 명인 Carlos Alcântara는 “금속과 폴리머는 서로 다른 특성을 가지고 있으며 두 재료 모두 마이크로 머신을 만드는 데 특정한 이점을 제공합니다. 우리의 목표는이 두 가지를 결합하여 이러한 모든 속성의 이점을 동시에 얻는 것이 었습니다." 라고 말하였습니다.

소개 동영상입니다.

 

다중 재료 마이크로 프린팅을 완전히 활성화하기 위해 취리히 팀은 서로 다른 금속과 젤라틴을 '직조'하여 통합 마이크로봇 형태를 만들고자 했고, 이러한 메쉬와 같은 구조의 패턴을 조정함으로써 특정 응용 분야별 특성을 설계할 수 있다는 이론이었습니다.


취리히 연구팀은 일반적으로 사용되는 금속 케이지와 폴리머바에 의해 기계적으로 연동된 나선 모양을 특징으로하는 마이크로봇을 설계했습니다. 이론적으로 이러한 방식으로 마이크로 장치를 구축하면 케이지가 내부에서 자유롭게 회전하여 텀블링 동작이 발생하고 궁극적으로 속도와 동작이 발생합니다.

모델을 작동하는 프로토 타입으로 바꾸기 위해 과학자들은 2PP 3프린터를 사용하여 조립식 몰드를 채운 다음 템플릿을 용매로 용해했습니다. 이 과정에서 연구팀은 단일 단계에서 두 개의 서로 다른 형상을 3D 프린팅하여 하나로 연동된 마이크로봇을 생성할 수 있음을 발견했습니다. 추가 연구를 통해 과학자들은 자신의 봇이 약물 전달 목적뿐만 아니라 스텐트와 같은 수술 도구를 구현하는 데에도 사용될 수 있다고 합니다. 

 

연구팀은 마이크로봇이 다양한 이동 모드를 수행 할 수 있음을 입증했습니다

 

< 이미지 : Nature Communications 저널>

 

 

<3DGURU Opinion>

2PP 3D프린팅이 어떤 방식인데 이렇게 작은 물체들을 3D프린팅할 수 있을까요?

2PP(Two-Photon Polymerization, 2 광자 융합) 또는 TPP 라고 표기하기도 합니다. 

화학적으로 모노머(monomer)가 합성을 하여 폴리머(polymer)가 됩니다. 우리가 알고 있는 섬유, 플라스틱 등 대부분의 화학물질들은 폴리머입니다. 

 

<이미지 : microlight3D 웹사이트>

 

두 개의 광자(photon)는 펄스 레이저의 초점이 맞는 부분에서 복셀(voxel)이라고 불리는 매우 작은 부피에서 빛에 활성화되는 속성의 모노머에 의해 동시에 흡수 될 수 있습니다. 여기서 화학 반응이 시작되고 액체 모노머는 고체 폴리머가 됩니다. 광학 요소와 모노머 재료의 올바른 조합으로 복셀 직경은 0.1 µm 정도로 작게 만들수 있다고 합니다. µm 단위의 매우 작은 물체를 3D프린터로 출력할 때 이 기술이 활용되는 이유입니다. 참고로, 1000µm 는 1mm 입니다.

2PP 3D 프린팅이 제공하는 높은 수준의 정밀도는 최근 몇 년 동안 다양한 소형 실험 로봇의 생산을 가능하게 했습니다. 

 

미래에 과학자들은 생체 적합성 마이크로봇이 수술 과정에서 환자에게 주입되어 원격으로 질병을 치료하는 데 사용될 수 있다고 합니다. 

이너스페이스(Innerspace)라는 영화를 혹시 기억하시나요? 1987년에 나왔으니 꽤 오래됐지요.

 

주인공은 실리콘벨리에서 거행되는 극비 초소형화 실험 테스트의 비행선 조종사로서의 임무를 맡죠. 눈에 보이지 않을 정도로 초소형화된 비행선을 타고 토끼 몸속, 사람 몸속을 다니며 좌충우돌하는 재밌는 영화였습니다. 

이 영화속의 초소형 비행선이 언젠가 현실이 될지도 모르겠네요~

<인체 내부를 유형하는 극초소형화된 비행선. 이미지 : 이너스페이스 >

 

Nano Scale 3D Printing에 대해 설명한 동영상을 하나더 올립니다. 관심있는 분은 참고하세요.

 


참고 : 네이처

이상입니다. -3D그루-

 

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