마이크로로봇이 살아있는 대장을 통과

생체 내에서 대장을 통과하는 마이크로 로봇 실시간 초음파 영상. [출처: Purdue University]

퍼듀대학(Purdue University) 연구팀이 인체 내 약물 전달을 위해 개발한 마이크로로봇이 동물 대장을 통과하는 실험에 성공했다,

연구팀은 마취한 살아있는 생쥐 생체 내에서 400×800㎛ 크기의 마이크로로봇을 대장을 통해 식염수를 전달 삽입하는 실험을 했다. 마이크로로봇에 형광물질 모의약을 입히고 초음파 장비를 사용해 실시간으로 관찰한 결과 마이크로로봇은 텀블링 동작으로 용액을 성공적으로 운반했다.

이번 연구는 마이크로로봇이 생체 내에서 텀블링으로 약물을 전달하는 것을 최초로 입증했다.

연구 결과(논문명: A Tumbling Magnetic Microrobot System for Biomedical Applications)는 국제학술지 마이크로머신(Micromachines)에 9월 17일 실렸다.

퍼듀대학에서 개발한 자기 로봇 microTUM. [출처: Purdue University]


마이크로 스케일 자기 텀블링 로봇(μTUM 또는 microTUM)으로 불리는 마이크로로봇은 인체 내 복잡한 환경에서 움직이는 상황을 가정하고 2018년 논문(Design of Microscale Magnetic Tumbling Robots for Locomotion in Multiple Environments and Complex Terrains)을 통해 발표됐다. 

실제로 인체 내부는 빈공간이 아니라 여러 가지 체액으로 차 있고 다양한 거친 환경이다. 따라서 어떤 환경에서도 어느 방향이든지 쉽게 움직일 수 있는 가운데가 오목한(약물탑재) 독특한 블록 구조 마이크로 로봇을 개발했다. 

또한 마이크로 로봇은 자기장에 의해 외부에서 전원이 공급되고 무선으로 제어된다. 즉 이 로봇에 회전하는 외부 자기장을 적용하면 자동차 타이어가 험한 지형을 통과할 때처럼 회전한다.

연구팀이 공개한 영상을 보면 대장에 모든 유체와 물질이 경로를 따라가고 있지만 로봇은 반대 방향으로 움직이고 있다. 이는 단순한 움직임이 아니다. 고분자와 금속으로 저렴하게 만들어진 자기 마이크로 로봇은 무독성이며 생체 적합성이 뛰어나다.

탑재된 약물 방출도 마음대로 제어할 수 있다. 이를테면 마이크로로봇을 몸 안에서 원하는 위치에 약물을 놔두고 약물이 천천히 나오게 할 수 있다는 의미다. 또한 마이크로로봇은 폴리머 코팅이 되어 있어 목표 지점에 도달하기 전에 약물이 떨어지지 않는다.

연구팀은 퍼듀스 디스커버리 파크에 있는 버크 나노테크놀로지 센터 시설을 이용해 로봇을 설계하고 만들었다.

연구팀은 “보다 큰 동물이나 인간을 대상으로 이동하려면 수십 대의 로봇이 필요할 수 있다. 이는 여러 가지 약물을 탑재해 다양한 종류의 조직을 목표로 할 수 있다”라고 말했다.  

연구원들은 마이크로로봇이 약물 전달 외에도 진단 도구 역할을 할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 조직을 수집하는 침습 대장내시경 검사 대신 마이크로로봇들이 조직 수집을 도울 수 있다. 또는 전통적인 대장내시경 수술에 필요한 준비 작업을 하지 않고도 약물을 전달할 수 있다.

김민중 기자 science@