[보안뉴스 박미영 기자] GIST(지스트) 기계공학부 이용구 교수 연구팀이 4D 프린팅 기술을 이용해 평면 구조물이 제작되면 이후 자동으로 원통 구조물로 변형 및 조립까지 가능한 의료용 스텐트 제작기술을 개발했다. 4D 프린팅 기술은 3D 프린팅 기술에 ‘시간’이라는 개념이 더해진 것으로, 특정 외부 환경이 주어지면 시간이 지남에 따라서 원하는 형태로 변형되는 기술을 의미한다. 의료용 스텐트는 체내의 혈관, 담도, 식도 등이 좁아졌을 때 원래의 기능을 회복할 수 있도록 확장시켜주는 원통형 의료기기다.

한국보건산업진흥원에 따르면 의료용 스텐트는 세계 시장이 2019년 99.5억달러로 예상되며 지속적인 성장세가 전망되는 유망 분야다. 현재 식품의약품안전처, 과학기술정보통신부, 보건복지부, 산업통상자원부 등 각 정부 부처에서는 3D/4D 프린팅 기술을 이용한 의료기기에 전향적인 태도를 가지고 있으며 관련 지원 사업을 추진 또는 계획 중에 있다.

하지만 현재까지 스텐트를 제작할 때 제작틀을 사용해 수작업으로 하나씩 일일이 제조하는 방식을 많이 사용하고 있으며, 또한 제작 후에는 표면의 거칠기를 줄이기 위한 추가적인 공정 과정이 필요하므로 인건비와 같은 비용적인 부분과 생산성 측면에서 큰 단점이 있다.

연구팀은 3D 프린팅 기술을 사용해 원통형 스텐트를 제작하는데 성공했다. 기존 3D 프린팅 방식을 이용한 제조 방법들과 달리 형상을 납작하게 프린팅한 후에, 에탄올에 담가서 원통 형상으로 변형하는 기술을 개발했다.

납작하게 프린팅을 하는 이유는 한번에 원통형으로 프린팅을 하는 경우에 비해서 제작 시간을 훨씬 줄일 수 있고, 서포트(3D 프린팅 시 구조물이 무너지지 않도록 지지해 주는 재료) 생성을 감소시켜 서포트 제거 과정에서 생기는 거친 표면을 방지하고 비용을 절감할 수 있기 때문이다.

뿐만 아니라 특수한 디자인을 통해서 납작한 모양에서 원통형으로 변형이 잘 이뤄질 수 있도록 유도하고, 변형이 완료된 후에 일정 시간동안 원통 형상을 안정적으로 유지할 수 있는 기능을 갖도록 하는데 성공했다. 연구팀은 변형이 완료된 후에도 에탄올이 없는 환경에서 일정 시간 동안 변형 형상을 유지함을 확인했다.

시중에 3D 프린터 재료로서 상용화돼 있는 생체적합재료(생체 내부에서 사용이 가능하며 조직이나 장기와 조화롭게 유지할 수 있는 기능을 갖는 재료)를 사용하면 체내에 삽입돼 체온·pH·습도 등의 인체 환경에 의해서 자동적으로 확장돼 좁아진 병변(혈관, 식도, 담도, 기관지 등)을 회복시킬 수 있으며, 자동적으로 변형이 이뤄짐으로 시술도구 사용을 줄일 수 있다. 그리고 개인 맞춤별 제작이 가능해 시술 효과를 증가시킬 수 있다. 또한 3D 프린터 장비만 있으면 장소에 크게 구애받지 않고 전 세계 어디에서든 쉽게 생산이 가능하다는 점 또한 매우 큰 장점이다.

이용구 교수는 “시장성이 매우 큰 분야임에도 국내 의료기기 수입 품목 1위가 스텐트인 실정인데, 본 기술을 통해 수입 대체 효과와 세계 시장 점유율 확대에 기여할 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 정보통신기술진흥센터의 IT·SW융합산업원천기술개발사업 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 재료과학 분야 전문 국제학술지 Macromolecular Materials and Engineering 4월 16일자에 온라인 게재됐다.
[박미영 기자(mypark@boannews.com)]

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