[데일리메디 구교윤 기자] 최근 국내 연구진이 의료기기에 응용이 가능한 신소재 및 신기술 개발에 성공하면서 업계 관심이 높다. 기존 한계를 극복한 기술로 차세대 의료기기를 선도해갈 수 있을지 주목된다.

 

20일 업계에 따르면 한국화학연구원, 한국기술연구원, 한국과학기술원은 4D 프린팅, 로봇의수 등 다양한 분야에서 의료기기 적용 기술을 선보였다. 특히 코로나19로 관심이 높아진 위생 분야에서 두각을 나타냈다.

 

한국화학연구원 김용석‧김동균‧박성민 박사팀은 자가치유 및 재활용이 가능한 4D 프린팅용 형상기억 비트리머 신소재를 개발했다.

 

이 신소재는 열경화성 고분자의 화학적 안정성과 열가소성 고분자의 가공성을 모두 갖춘 신소재로  4D 프린팅 기술을 활용한 맞춤형 의료기기, 소프트 로봇, 형상가변 전자기기 등에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

 

4D 프린팅은 3D 프린팅에 자가 변환 및 자기 조립 등의 개념이 더해진 것으로 외부 자극에 스스로 반응하는 스마트 소재를 활용, 프린팅된 3차원 구조체가 특정 조건 하에 스스로 변형을 일으키는 기술이다.

 

이러한 4D 프린팅 분야에서 형상기억 고분자는 초기 고분자 형태를 기억해 적절한 자극으로 변형된 형태로부터 본래 모습으로 되돌아오는 스마트 고분자 핵심소재다.

 

연구팀은 향후 소재 분야 관련 기업과 적극적인 협업을 이뤄 4D 프린팅 실용화를 위한 핵심기술을 선점할 수 있을 것으로 전망했다.

 

이미혜 원장은 "이번 연구를 통해 개발한 기술은 값싼 상용 고분자로부터 고부가가치 형상기억 비트리머 소재를 합성하는 플랫폼 기술"이라며 "맞춤형 의료기기 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

 

이보다 앞서 한국과학기술연구원(KIST) 지능로봇연구단은 로봇 의수 실용화를 앞당기는 기술을 개발해 주목받았다.

 

연구원 황동현 박사팀은 별도 조직 검출 없이 말초 신경 내 미세 조직을 고해상도로 즉각 촬영할 수 있는 영상 장비를 개발했다.

 

흔히 쓰이는 말초신경 영상장비는 20∼30마이크로미터 해상도여서 말초신경 내부 미세구조를 보기 어려웠고 이보다 고해상도 장비는 초점심도가 얕아져 말초신경 깊은 부분을 관찰하지 못하는 문제가 있었다.

 

연구팀은 서로 다른 2개의 광섬유를 접합하는 방법을 이용해 초점 심도를 기존 장비보다 늘리는 기술을 구현했다.

 

연구팀은 새로 개발한 영상 장비의 초점심도가 비교 대상 기존 장비의 5.1배로 향상됐다고 설명했다.

 

실제 연구팀은 개발한 영상 장비를 이용해 쥐 말초신경에 신경전극을 모방한 미세 금속선을 이식하고 이를 3차원 이미지로 관찰하는 실험에도 성공했다.

 

황동현 박사는 "말초신경에 이식하는 로봇 의수 등 다양한 연구에 활용될 수 있다"며 "추가 연구로 사람의 말초신경까지 적용한다면 생각대로 움직이고 느끼는 로봇 의수 실용화를 앞당기는데 기여할 것"이라고 말했다.

 

이 밖에도 살균 등 의료·위생 분야에 응용이 가능한 심자외선 발광다이오드(LED)도 탄생해 관심을 모으고 있다.

 

포항공과대학교 신소재공학과 김종환 교수팀은 그래핀 층 사이에 육방정 질화붕소층이 낀 적층 구조를 기반으로 심자외선을 내는 LED 소자를 제작했다.

 

심자외선은 파장이 200∼280나노미터인 자외선으로, 투과 능력이 비교적 낮아 인체 피부 등에 해로운 영향이 적으면서 표면 바이러스나 세균 등 병원체를 사멸시킬 수 있어 살균 등 의료·위생 용도로 널리 쓰인다.

 

지금까지 심자외선을 내는 장치로는 주로 수은 램프나 질화알루미늄 갈륨 소재 기반 LED가 쓰였으나, 전자는 환경오염 문제가 있었고 후자는 소재 특성상 발광 효율 등에 한계가 뚜렷했다는 것이 연구진의 설명이다.

 

김종환 교수는 "차세대 신소재로 주목받는 그래핀과 육방정 질화붕소를 이용해서 최초로 심자외선 LED를 구현했다는 점에서 의미가 있다"고 말했다.

이어 "기존 소재보다 월등히 높은 발광 효율을 갖고 소자를 소형화할 수 있어 바이러스와 세균 살균 시스템 등에서 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였다.