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퍼듀 대학교() 연구팀이 인간의 머리카락 몇 개 정도의 작은 직사각형 로봇이 백 플립을 통해 결장을 통과 할 수 있음을 살아있는 동물 모델에서 시연했음. 왜 등이 뒤집히는가? 목표는 이러한 로봇을 사용하여 인간의 결장과 기타 거친 지형을 가진 장기에 약물을 운반하는 것임. 약물을 운반하기 위해 백 플립 로봇이 필요한 이유는 무엇입니까? 약물을 표적 부위에 직접 투여하면 탈모 또는 위출혈과 같은 부작용을 제거할 수 있기 때문임. 그렇지 않으면 약물이 도중에 다른 장기와 상호 작용하여 부작용을 유발할 수 있음.

이 연구는 생체 내에서 생물학적 시스템을 통과하는 마이크로 로봇의 첫 번째 데모임. 배터리를 운반하기에는 너무 작기 때문에 마이크로 로봇은 자기장에 의해 외부에서 전원이 공급되고 무선으로 제어됨. 이 로봇에 회전하는 외부 자기장을 적용하면 자동차 타이어가 거친 지형을 지나가는 것처럼 회전함. 또한 자기장은 인체에서 이러한 로봇을 사용하는 데 중요한 다양한 유형의 매체를 안전하게 통과함. 연구진은 생체 내 실험을 위해 쉽게 진입할 수 있지만 매우 꼬불꼬불하기 때문에 통과하기 어려운 결장을 선택했음. 결장에는 경로를 따라가는 모든 유체와 물질이 있지만 로봇은 반대 방향으로 움직이고 있음. 단순한 항해가 아님. 그러나 이 자기 마이크로 로봇은 이러한 거친 조건에도 불구하고 성공적으로 결장 전체를 넘어갈 수 있음을 연구진은 실험으로 밝혔음. 연구팀은 마취하에 살아있는 생쥐의 결장에서 생체 내 실험을 수행하기 위해 마이크로 로봇을 직장을 통해 식염수와 함께 삽입했음. 그들은 초음파 장비를 사용하여 마이크로 로봇이 얼마나 잘 움직이는지 실시간으로 관찰했음. 대형 동물이나 인간에게서 이동하려면 수십 대의 로봇이 필요할 수 있지만 이는 또한 여러 약물 탑재량으로 여러 사이트를 타겟팅 할 수 있음을 의미함.

연구팀은 식염수 바이알에서 약물 탑재량을 운반하고 방출하는 마이크로 로봇의 능력을 테스트했음. 연구진은 마이크로 로봇을 형광 모의 약물로 코팅했는데, 마이크로 로봇은 한 시간 후 페이로드가 몸에서 천천히 확산되기 전에 텀블링 모션으로 용액 전체에 성공적으로 운반했음. 약물 페이로드를 제어하여 방출할 수 있었음. 이것은 잠재적으로 마이크로 로봇을 신체의 한 위치로 조종하고 그대로 둔 다음 약물이 천천히 나오도록 허용 할 수 있음을 의미함. 그리고 마이크로 로봇이 폴리머 코팅이 되어있어 약물이 목표 위치에 도달하기 전에 떨어지지 않음. 고분자와 금속으로 싸게 만들어진 자기 마이크로 로봇은 무독성이고 생체 적합성을 가짐. 일반적으로 사용되는 롤투롤 제조 기계는 잠재적으로 이러한 마이크로 로봇을 한 번에 수백 개씩 생산할 수 있음. 연구원들은 마이크로 로봇이 약물 전달 수단 외에도 진단 도구 역할을 할 수 있을 것으로 기대함.

본 연구 성과는 ‘Micromachines’ ("A Tumbling Magnetic Microrobot System for Biomedical Applications") 지에 게재됨