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3D 프린터로 만든 마이크로 니들 패치, 주사 통증 없애

[글로벌메이커스 김수환 기자] 3D프린팅 기술을 이용해 만들어진 주사 바늘이 환자들의 바늘 공포증을 없애줄 수 있을 것으로 기대되고 있다.

현지시간 26일, 미국 애리조나 주립대학과 서던 캘리포니아 대학의 연구원들은 통증 없이 주사약물을 주입할 수 있는 3D 프린팅 마이크로 니들 패치를 개발했다고 발표했다.

이는 강한 이빨을 가진 수생 달팽이의 행동학적 특성에서 영감을 받아 개발된 것으로 알려졌다. 장기간 사용에 대한 내성이 강한 마이크로 니들 어레이는 환자가 불편함 없이 주사를 맞을 수 있도록 장치 형태를 최적화 시켯다.

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공동 연구팀의 생체에서 영감을 받은 바늘은 철이 주입 된 폴리머를 사용해 제작됐다. 사진=Advanced Functional Materials 저널


그간 사용되어 온 피하 주사침은 비용이 저렴하고, 상대적으로 많은 양을 주사할 수 있는 간편성으로 인해 150년 이상 의료계에서 사용되어 왔다. 하지만 통증이 유발되고, 이로 인해 주사 시술에 대한 환자들의 공포증이 생성되는 등 다양한 문제가 제기돼 왔다. 매년 쏟아지는 엄청난 양의 주사기 폐기물 역시 환경적으로도 문제가 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 1970년대에 마이크로 니들 패치가 도입됐다. 하지만 정밀도 부족이나 비용이 많이 드는 등의 문제로 개선 방안에 대한 연구 필요성이 지속적으로 요구됐다.

또 기존 마이크로 니들의 경우, 강도가 그다지 세지 않아 충분한 약물을 주입하려면 어쩔 수 없이 크기를 키울 수밖에 없었다. 이렇게 되면 또다시 환자들에게 통증을 증가시키는 문제가 발생한다.

이러한 한계를 극복하기 위해 과학자들은 수생 달팽이로부터 해결 방안을 찾았다. 최근 연구에 따르면 이 생물에서 발견된 이빨은 자연에서 발견할 수 있는 가장 강력한 물질 중 하나다. 이를 기반으로 연구 팀은 더 향상된 성능을 갖추고도 통증 없이 약물을 주입할 수 있는 바늘 어레이를 개발해 냈다.

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연구진은 혁신적인 자기장 지원 3D 프린팅 프로세스를 사용해 미세 바늘을 만들었다. 사진=Advanced Functional Materials 저널


연구팀은 광경 화성 폴리머 재료 내부에 산화철 나노 입자를 정렬하는 데 자기장을 사용하는 대신 MF-3DP 기술을 사용했다. 이를 통해 복합 재료를 선택적으로 경화하여 여러 지점에서 자성 입자의 농도를 조정함으로써 바늘의 직경을 조절했다.

이렇게 생성 된 미세 바늘은 각 원뿔형 장치의 직경이 200μm인 사각형 패턴으로 제작됐다. 바늘의 너비에 대한 문제는 3D 프린터의 빛 투과 깊이를 조정해 8µm의 폭으로 좁혔고, 결국 이렇게 개발된 바늘은 순수 폴리머로 인쇄 된 동일한 디자인의 바늘에 비해 더 강력한 내구성을 갖게 됐다.

마이크로 니들 패치의 통증 감소 효과 역시 나타났다. 약물 주입 및 전달 능력도 뛰어났다. 덕분에 이들 연구팀의 MF-3DP 프로세스 정밀도는 향후 생의학 및 임상 응용 분야에서 사용할 수 있을 것으로 전망되고 있다.

최근 3D 프린팅의 발전으로 수많은 의료기기 및 주사바늘의 개발이 잇따르고 있다. 이러한 연구들을 통해 좀 더 저렴한 비용으로 더 효율적이고 안전한 주사 치료 방법이 하루 빨리 개발되기를 기대해 본다.

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