Neoways의 막나가는 분자생물학 :: 무선 의료용 초소형 그립퍼(집게) 연구 활발

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가까운 미래에, 외과 의사는 외과용 메스를 사용하는 대신에 화학적인 신호에 반응하여 감염되었거나 손상된 조직을 잡고 제거하는 먼지 크기의 무선 기기들을 환자의 몸에 주입하게 될지 모른다. 이러한 직경이 0.1mm보다 작은 초소형 집게(microgrippers)가 John Hopkins 대학교의 연구원들에 의해 개발되었고, 동물 조직을 이용한 생체 검사같은 과정에 테스트를 받았다. 이 초소형 집게는 손과 같이 동작하는 것으로 설명되었다. 즉 "손바닥"에 대상물을 열고 둘러쌀 수 있는 6개의 "손가락"으로 구성되어 있다. 마치 게처럼 생긴 기기들은 외부의 자석에 의해 유도되어 움직이고, 비독성 생화합물 또는 온도 변화에 반응하여 움켜쥐거나 놓는다. 대조적으로, 현재 사용되는 초소형 그립퍼는 얇은 선 또는 튜브를 통해 물리적으로 제어되는데, 이는 복잡한 굴곡을 통하여 기기들을 동작시키는 것을 어렵게 만든다. Hopkins에 제작된 microgrippers는 금도금의 니켈로 구성되어, 신체 외부의 자석을 이용하여 상대적으로 먼 기리에서 기기들을 원격으로 움직이고 유도하는데 사용될 수 있다. 이 생체 공학 프로젝트는 Whiting School 공과대학의 화학 및 생체 분자 공학 조교수인 David Gracia에 의해 지휘되었다. 그의 연구실은 생체 시스템과 시스템 간의 인터페이스의 소형화에 초점을 두고 있다. 무선 microgrippers의 신작을 사용하는 실험들의 결과는 "Proceedings of the National Academy of Sciences."에 보고되었다. 이 논문의 주요 저자들은 Timothy Leong, Gracia, 공동 저자인 Christina Randall, Brian Benson, Noy Bassik, George Stern 등이다. John Hopkins 대학의 기술 이전 관련 직원들은 이 팀의 발명을 다루는 미국 특허를 획득하였고, 특허권 보호를 추구하고 있다. Gracia는 이 기술의 1세대인 이들 기기들이 저렴하게 대량으로 재생 가능한 스스로 동작하는 마이크로 스케일 그리고 나노 스케일의 외과 수술 도구가 되어 의사들이 현재 가능한 것보다 훨씬 적게 신체에 영향을 주면서 다양한 질병을 진단하고 치료할 수 있게 해줄 것이라고 전망한다. 이러한 기들을 만들기 위하여, 팀은 컴퓨터 칩을 위해 사용되는 것과 동일한 공정인 과정인 포토리소그래피(Photolithography)를 사용하였다. 기기의 손바닥과 손가락들에 금도금의 니켈층은 감시자들이 기기를 관찰하게 해주는데, 이들은 MRI와 같은 의학용 영상 시스템을 이용하여 기기를 유도한다. microgrippers 손가락들의 접합부분들은 얇은 크롬층과 구리층을 가지고 있다. Hopkins 보도 자료에 의하면 이러한 층들은 손가락이 야구공 주위를 감싸듯이 자연스럽게 휘감아 잡는 방식으로 압력을 준다. 연구팀은 폴리머 수지의 층을 추가하여 손가락들을 단단하게 그리고 열린상태로 유지한다. 연구팀은 손가락들이 닫히도록 하기 위해 2가지 방법을 사용했다. 하나는 인체의 일반적인 온도와 비슷한 섭씨 36.5도로 주변 조직의 온도를 올리는 방식이다. 열은 폴리머를 부드럽게 하고, 손가락들은 구부러지게 된다. 두 번째 방법은 폴리머에 비슷한 영향을 주는 생물학적 솔루션을 사용한다. 하나의 실험에, 연구팀은 튜브 끝에 달린 살아있는 셀 덩어리로부터 수십 개의 동물 셀들을 붙잡기 위하여 기기들을 사용하였다. Hopkins 보도 자료에 의하면, "이 셀들은 72시간 후에도 여젼히 살아있었다. 이는 세포 취득과정에서 세포를 해치지 않았다는 것을 의미"하는 것이라고 한다. 연구원들이 연구하고 있는 하나의 단점은 일단 집게가 닫히면 집게가 잡은 것을 놓기 위해 다시 열릴 수 없다는 것이다. 연구팀은 다시 열릴 수 있는 별도의 기기를 만들었지만 이는 인체에 유해할 수 있는 과산화 수소 같은 화학적인 자극에 의존하기 때문에(소형화된 조립과 같은 분야와 같이) 산업용 "픽 엔드 플레이스"를 주요 목적으로 하고 있다. 2008년 가을에 Gracia는 미국 국립 위생 연구소로부터 150만 달러의 New Innovators Award를 수상했다. 그는 5년 간의 연구 기간 동안 "완벽한 모바일, 생화학적으로 반응하는 마이크로 그리고 나노 스케일의 외과수술 도구 세트를 개발"할 계획이다. 최초 micrograbber 연구에 대한 기금은 National Science Foundation, National Institutes for Healt, Dreyfus and Beckman Foundations에 의해 조성되었다. (http://www.networkworld.com)

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-01-22

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