혈관 내에서 이동 가능한 마이크로로봇 개발

한국과 스위스 공동 연구진이 복잡한 혈관 내에서 원하는 방향으로 조향과 이동이 가능한 마이크로 로봇을 개발했다.
최홍수 대구경북과기원(DGIST) 로봇공학과 교수와 이병주 한양대 교수, 브래들리 넬슨 스위스취리히연방공대 교수 공동 연구진이 만성완전폐쇄병변의 치료 성공률을 향상시킬 수 있는 '가드와이어 부착형 마이크로로봇'을 개발했다고 27일 밝혔다. 만성완전폐쇄병변은 혈전 등으로 혈관이 3개월 이상 막혀있는 증상으로 심혈관 질환의 원인으로 꼽힌다.
지금까지 막힌 혈관을 뚫어주는 관상동맥 중재술 관상동맥 중재술에 사용되던 가이드와이어는 시술자가 수동으로 방향과 위치를 제어하기 때문에 시술의 성공률과 속도가 시술자의 숙련도에 의존했다. 시술자가 복잡한 혈관이나 분지관에서 끝단이 구부러진 가이드와이어를 수동으로 방향을 잡아 밀어주다보니 정확한 방향과 위치 제어가 어렵다는 점이 한계로 지적돼왔다. 연구진은 이러한 한계를 극복하기 위해 유연하면서도 생체에 적합한 폴리머와 외부 자기장으로 방향과 위치를 제어할 수 있는 네오디듐 자석을 이용해 지름 500마이크로미터(㎛·100만 분의 1m), 길이 4밀리미터(mm) 크기의 원통형의 마이크로로봇을 만들어 가이드와이어 끝부분에 부착했다. 외부 자기장 시스템으로 마이크로로봇을 제어해 원하는 방향으로 가이드와이어 조종이 가능하고 직선운동이 가능한 가이드와이어 부착형 소프트 마이크로로봇으로 개발했다.
최홍수 교수는 "마이크로로봇의 비선형적으로 변형되는 유연한 움직임을 구현하기 위해 마이크로로봇의 움직임을 수학적으로 계산해 예측하고 그 결과를 제어, 복잡한 혈관을 통과하는 실험에 성공했다"며 "또한, 심장의 관상동맥을 모사한 3차원 혈관 모형에서 원하는 부위에 도달하는 실험도 성공했으며 세포 생존 실험을 통한 마이크로로봇의 생체적합성도 확인했다"고 설명했다.
연구진은 이 기술이 기존의 관상동맥 중재술의 한계를 극복하고 시술의 성공률과 효율을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 최홍수 교수는 "가이드와이어 부착형 마이크로로봇을 이용하면 시술자의 경험에 의존하던 기존 방법과 비교해 질병의 원인인 부분을 정확하고 빠르게 찾아 안정적으로 시술할 수 있어 심장 질환 시술 시간을 단축시키고 성공률을 높일 수 있다"며 "앞으로 연구팀은 관련 기업과 후속 연구를 진행해 실제 의료 현장에서 활용할 수 있는 제품 개발에 노력하겠다"고 말했다. 연구결과는 국제학술지 '소프트 로보틱스' 13일자 표지논문으로 게재됐다.
[원호섭 기자]