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ⓒ픽사베이


전 세계적으로 코로나19 백신 접종이 한창인 지금, 우리나라의 ‘최소 잔여형 주사기(LDS)’가 굉장한 관심을 끌고 있습니다. 말 그대로 투약 후 잔량을 ‘최소한’으로 남기는 최소 잔여형 주사기는 피스톤과 바늘 사이의 공간을 최소화해 백신의 잔류 부피를 줄여줌으로써 한 병당 접종 회분을 늘리는 데 큰 역할을 했죠.

그러나 이러한 주사기의 뾰족한 바늘과 통증 때문에 많은 분들이 주사를 두려워하고 거부감을 느끼는 것도 사실입니다. 당뇨와 같은 질병을 앓고 있는 분들은 지속해서 주사를 맞아야 하는 만큼 바늘 주사에 대한 불편함이 더욱 클 것 같은데요. 최근, 이러한 분들의 걱정을 덜어줄 수 있도록 주삿바늘 없이 빛을 이용해 쬘 수 있는 주사가 개발되었다는 반가운 소식이 전해졌습니다!

다양한 바늘 없는 주사기들

패치에 꽂혀 있는 400개의 미세바늘 ©피츠버그 의대 홈페이지


바늘이 없는 주사에 관한 연구 수요는 꾸준히 있었습니다. 우선, 피부에 붙이는 ‘니들패치’가 대표적인데요. 패치를 피부에 부착하면 마이크로미터의 미세돌기가 체내수분과 만나 녹으면서 그 돌기 안에 있는 약물이 피부 속으로 스며드는 원리를 사용합니다. 실제로도 당뇨 환자들을 위한 다양한 원리와 재료의 인슐린 패치가 개발되었고, 또 개발될 예정이랍니다.

 

ⓒ서울대 제공 / 양은아 제작


그 다음으로는 로켓 발사의 원리를 이용한 ‘레이저 주사기’가 있습니다. 주사기 중간에 고무막이 있고, 고무막의 위에는 물을, 아래에는 액체 약물을 담습니다. 그 다음, 레이저를 물에 쏘면 거품이 생겼다가 터지면서 순간적으로 발생하는 충격파가 고무막을 아래로 누르는데요. 이 충격파는 약물이 아주 빠르게 뿜어져 나와 피부를 뚫고 들어가게 합니다. 이때, 약물은 머리카락 한 가닥 두께의 작은 구멍을 통해 초속 150m라는 굉장한 속도로 분사되기 때문에 아픔을 느낄 새도 없게 됩니다.

이와 같이 주기적으로 약물을 주입해야 하는 환자를 위해 다양한 니들프리(needle-free) 주사들이 개발되었으며, 자동으로 약물을 주입해주는 약물전달 시스템에 대한 개발 노력도 꾸준히 있었습니다. 그러나 그 동안의 약물전달 시스템들은 장치를 작동하기 위한 동력원의 크기나 모양 등 다양한 제약이 있었는데요. 마침내 그 한계를 극복하는 주사시스템이 개발되었습니다. 바로 오늘의 주인공인 ‘자동 제어형 약물전달 주사 시스템’입니다!

자동 제어형 약물전달 주사 시스템

ⓒ포항공대 연구팀 제공


이번에 개발된 ‘자동 제어형 약물전달 시스템’은 기존의 니들프리(Needle-free) 주사들과 달리, 태양광발전의 원리를 이용했다는 점에서 획기적인데요. 그렇다면, 태양광발전이 어떻게 주사기 역할을 할 수 있는 걸까요? 먼저, 국내 연구진들은 바늘 없는 자동 약물 주입 주사를 개발하는 데 있어 근적외선(NIR)이 인체에 무해하면서도 피부 투과도가 높다는 점에 집중했습니다. 그리고 태양광발전에서 이 근적외선으로 약물을 주입하는 아이디어를 얻었습니다. 이에 근적외선으로 태양광발전을 유도하기 위해 연구진들은 코어-쉘 구조의 상향변환 나노입자(Upconversion Nanoparticle; UCNP)를 태양광발전 소자로 이용했는데요. 여기서 상향변환 나노입자는 눈에 보이지 않는 장파장의 근적외선 빛을 흡수하여 단파장의 가시광선을 방출하는 나노소재로, 저소음을 유지하면서 심층조직까지 광학적으로 관통할 수 있는 성질을 갖고 있습니다. 

이에 따라 상향변환 나노입자가 코팅된 유기 태양광발전 소자는 근적외선 빛이 조사되었을 때, 전류의 흐름을 발생시킵니다. 전류가 가해지면 체내 의료기기의 약물저장소를 막고 있는 금 박막이 녹으며 그 안에 있던 약물이 방출되는데요. 이러한 원리를 통해 기계 전자 시스템으로 제작된 약물 전달 시스템이 작동되는 것이랍니다. 유연하게 작동하는 태양광 발전소자와 약물전달 시스템이 결합된 이 주사는 빛을 이용한 약물 방출의 정교한 제어를 실현시켰습니다.

기대효과
그동안 주사는 기다란 바늘과 따끔한 통증 때문에 다소 두려운 약물 투여 방법이었는데요. 이번에 개발된 ‘쬐는 주사’는 반복적으로 주사를 맞아야 하는 분들의 불편함과 통증을 해소할 수 있다는 점에서 큰 주목을 받고 있습니다.또 하나의 효과로는 접종자의 부담이 크게 준다는 것입니다. 최소 잔여형 주사기의 경우, 병당 6회분 접종할 수 있었지만, 매번 그렇게 접종하지 못하는 이유는 정확한 용량의 백신을 항상 신경 써서 추출해야 하는 의료진이 부담이 커질 수 있기 때문이라고 하는데요. 이 기술은 미세한 용량도 자동으로 제어하기 때문에 접종자 자신의 부담을 크게 줄일 수 있게 되죠. 또한, 신체에 직접적으로 들어가는 기기가 아니다 보니 아직 발생하는 주사기 관련 위생 이슈도 해결될 수 있겠습니다. 무엇보다 단순한 약물투여 외에도 몸 속 다른 의료기기를 제어하는 기술 발전의 바탕이 되어, 향후 광 치료 기술개발에 크게 기여할 수도 있을 것으로 기대된답니다.

K-방역으로 세계를 놀라게 한 대한민국, 백신접종에 있어서도 최소 잔여형 주사기를 활발히 수출하는 등 K-주사기의 기술력도 함께 입증하고 있습니다. 이 뿐만 아니라 우리나라는 계속해서 혁신적인 주사기술들을 개발하며 세계 최초의 주사들을 선보이고 있는데요. 코로나 19가 물러간 후, 미래에는 이 쬐는 주사가 K-주사기의 선두주자가 되어 그 우수함을 전 세계에 보여줄 수 있길, 또 앞으로의 주사들은 맞지 않고 쬘 수 있길 기대해봐도 될까요?

 

 

 


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