세상에서 가장 작은배···3D프린터로 머리카락보다도 작게

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BC2500년에 만들어진 쿠푸왕의 무덤에서 나온 목선. 사진=위키피디아

1954년 이집트 기자의 쿠푸왕 무덤에서 목선이 발견됐다. BC 2500년에 만들어진 이른바 ‘태양의 배(Solar ship)’였다. 만든 목적은 죽은 왕이 부활해 태양신 ‘라’와 함께 타고 하늘로 가도록 하려는 것으로 추정됐다. 이 배는 태양신을 최고의 신으로 숭배했던 이집트 왕을 내세(저승)로 인도하는 발이었던 셈이다.

그러나 오늘날 과학자들은 세상 사람들이 이승에서 누리는 시간을 조금이라도 더 늘려주기 위해 현대 문명의 놀라운 기술력을 활용하려 애쓰고 있다.

◆ 네덜란드 연구팀, 0.0254mm 길이의 보트로 몸속 누비며 약물 전달

이 세상에서 가장 작은 초미세 선박의 이물에서 고물까지의 거리는 약 0.0254mm다. 이 완성된 물체의 이미지를 포착하기 위해서는 전자 현미경을 사용해야만 한다. 사진=라이든대

그 가운데 하나가 네덜란드에서 만들어진 ‘벤치(Benchy)’라는 이름의 초소형 선박이다. ​라이든 대학 연구팀의 물리학자 레이첼 도허티와 다니엘라 크라프트는 유체에서 발견되는 미세 박테리아를 더 잘 이해하기 위한 수단으로 3D 프린팅된 초미세 선박을 생각해 냈다. 이들이 만든 배는 놀랍게도 고물에서 이물까지의 길이가 0.0254mm에 불과하다. 사람 머리카락의 굵기가 최대 0.18mm니까 아무리 가는 머리카락 굵기의 원통형 안이라도 무난히 다닐 수 있다. 사람 혈관 속에서도 다닐 정도로 미세하다는 얘기다. 이 배를 보려면 전자현미경을 사용해야 할 정도다. 연구팀의 관심은 초미세 로봇을 인체에 들여보냄으로써 체내 이상 부분을 진단하거나 제거하고 치료하는 것이다. 이 작은 배는 ‘마이크로 스위머’로 알려진 박테리아를 따라다니며 그 작동 방식을 더 잘 이해하는 데 도움을 줄 것이다.

연구팀은 앞으로 자신들의 3D 프린팅 기술로 만든 인공 ‘마이크로 스위머’가 인체에 표적형 약물을 전달하거나 몸 상태를 상태를 진단하게 될 것이라고 말했다.

◆ 프로펠러 없이 백금과 과산화수소 화학반응으로 추진력

3D 프린터로 만든 이 초미세 선박은 의료용 표적 약물을 인체 내에 전달하게 된다. 백금 촉매로 추진중인 3D 프린팅 콜로이드 마이크로스위머. 사진=소프트 매터

연구 팀은 벤치가 (잠수함은 아니지만) 액체 속에서 항해할 수 있으며 현미경 아래 액체 방울 속 박테리아 주변을 따라갈 수도 있다고 말한다. 이 초미세 보트는 액체 속에서 과산화수소와 작은 백금 조각의 화학반응을 이용한 추진력을 갖게 된다. 작은 입자 뒤에서 헤엄칠 수도 있다. (물론 이것이 최초의 인공 마이크로 스위머는 아니다.) 연구팀은 3D 프린팅 기술을 사용한 다양한 모양의 마이크로 스위머를 만들었으며, 이들을 시험해 유체 내에서 실제 박테리아를 따라갈 수 있는 최적의 디자인을 찾을 수 있다고 말한다.

◆ 초미세 배를 만드는 힘든 과정들

3D 프린터로 제작한 이 기술을 테스트하는 과정에서 다양한 물체들을 만들어냈다. 여기에는 별모양 우주선, 공, 그리고 실제 사용될 수 있는 나선형 물체가 포함됐다. 사진=라이든대

연구원들은 이 3D 프린팅된 이 배의 각 층을 구성하는 데 사용되는 작은 물방울을 굳히기 위해 매우 정확한 레이저를 사용해야 했다. 이 초미세 보트는 단순히 ‘예술품’을 만드는 데 그친 이전과 달리 완전히 기능하도록 만든 실용품이라는 점에서 차별화된다. 3D프린터는 ‘벤치’보다 더 정밀한 것도 만들 수 있다고 한다. 3D 벤치(3D Benchy)라는 명칭도 3D벤치마크(Benchmark)의 줄임말로서, 본격적인 실험에 투입되기 이전의 시험 선박이기에 붙여진 이름이다.

연구팀은 궁극적으로는 이 합성 초미세 선박의 행동을 더 잘 통제하고 설계할 수 있게 돼 치료를 위한 진단과 약물 전달에 유용할 것이라고 말한다. 이들은 자신들이 사용한 초미세 3D프린터인 ‘나노 스크라이브 포토닉 프로페셔널(Nanoscribe Photonic Professional)’로 지구상에서 가장 작은 배를 만든 신기록도 세우게 됐다.

라이든대 연구원들은 초미세 3D프린터 ‘나노 스크립터 포토닉 프로페셔널’로 세상에서 가장 작은 배를 만들었다.
사진=나노스크라이브

노벨상 수상자인 파인만 박사가 1959년 칼테크에서 “바닥에는 풍부한 공간이 있다”며 초미세 세계에 대한 연구를 독려했는데 라이든 대학 연구원들은 그 세계에 정말 가까이 다가간 것 같다.

이 연구 결과는 영국 왕립화학학회 저널인 소프트 매터(Soft Matter) 9월 27일자에 실렸다.

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