빛 자극으로 피부 뚫는 고출력 미세바늘 구현

국립부경대학교 공동연구팀이 빛을 원격으로 비춰 마이크로니들을 피부에 삽입하는 고출력 구동 시스템을 개발했다. 고분자공학전공 김대석 교수와 이채원 석사과정생, 휴먼바이오융합전공 박승현 교수와 김난경 석·박사통합과정생은 부드러운 액정 엘라스토머에 자석과 스냅스루 구조를 결합해 순간적으로 강한 힘을 내는 장치를 구현했다.

이 시스템은 빛을 받으면 아치형 구조가 임계점을 넘어 아래쪽으로 빠르게 뒤집히면서 미세 바늘에 강한 충격을 전달한다. 연구팀은 피부를 모사한 젤라틴 구조물과 돼지 피부 조직을 대상으로 실험해 마이크로니들이 모두 성공적으로 삽입되는 것을 확인했다. 약물 역할을 대신한 형광 물질도 바늘이 들어간 부위 주변으로 전달됐다.

핵심 소재인 액정 엘라스토머는 고무처럼 유연하면서 빛이나 열 등 외부 자극에 반응해 스스로 형태를 바꾼다. 이 특성으로 소프트 로봇과 인공근육 분야의 주요 소재로 주목받았지만, 변형 속도가 비교적 느리고 짧은 순간에 큰 힘을 만들기 어렵다는 제약이 있었다. 연구팀은 뒤집힌 우산이나 머리핀처럼 에너지가 쌓인 구조가 한계점을 넘는 즉시 빠르게 전환되는 스냅스루 현상으로 이 문제를 보완했다.

이번 성과는 가축의 건강 상태를 센서로 감지하는 수준을 넘어 필요한 시점에 원격으로 실제 처치까지 수행하는 스마트 축산 기술의 가능성을 보여준다. 연구팀은 스마트 축산과 함께 웨어러블 의료기기, 바이오인터페이스, 소프트 로봇처럼 정밀한 원격 제어가 요구되는 분야에도 적용할 수 있을 것으로 보고 있다. 연구 논문은 재료과학 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’에 게재됐다.