'벌침처럼 피부에 쏙'… 기계연, 통증 없이 장기간 약물 넣는 마이크로니들 개발

기계연·중앙대·한밭대·ADD 공동연구
유연 나노섬유가 피부에 고정돼 서방형 전달
전기방사 나노섬유를 금속니들에 웹처럼 코팅
미세 다공구조로 통기성 확보 발진 줄여
CNS 약물·화학무기 대응 약물실험 성공

전기방사 웹 마이크로 니들 구성 및 벌침 모사형 피부 삽입 및 서방형 약물 전달 개요. 한국기계연구원

한국기계연구원(이하 기계연)이 벌침을 모사해 통증 없이 오랜 시간 부착할 수 있는 마이크로니들을 세계 최초로 개발했다.

기계연 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 전소희 책임연구원은 중앙대, 한밭대, 국방과학연구소와 공동연구로 벌침 모사형 유연 웹 마이크로니들을 개발했다고 22일 밝혔다.

백신 등의 약물을 통증 없이 피부로 전달하는 마이크로니들은 지금까지 딱딱한 고체 형태로 피부 부착 시간이 1시간 이내로 제한돼 지속적으로 투입해야 하는 약물에는 적용이 어려웠다.

이번에 개발한 유연 나노섬유 마이크로니들은 수일간 약물 전달이 가능하면서도 통증이 없고 착용감이 매우 우수한 특징이다.

공동연구팀은 전기방사 공정 시 발생하는 정전기력을 수집용 금속 마이크로니들 표면에 집중시켜 전기방사 나노섬유가 금속 마이크로니들 표면에 형성되도록 했다.

이는 세계 최초 전기방사 나노섬유 마이크로니들로, 전기장 형성으로 인해 가장 가까운 금속 마이크로니들의 상단부부터 응집돼 전기방사 나노섬유 마이크로니들이 방사형으로 금속 마이크로니들 표면에 형성된다.

이 나노섬유 마이크로니들이 코팅된 금속 마이크로니들을 피부에 붙이고 즉시 금속 마이크로니들을 제거하면, 벌침이 피부에 찔러 들어가 고정되는 원리처럼 나노섬유 마이크로니들만 피부 내에 고정돼 지속적으로 약물을 전달할 수 있다.

전기방사 웹 마이크로 니들의 제작 결과 및 약물 전달 결과. 한국기계연구원

나노섬유 마이크로니들은 유연성이 뛰어나 장시간 착용해도 피부 통증이나 이물감이 거의 없고, 내부에 형성된 나노-마이크로 크기의 미세 다공구조로 우수한 통기성을 확보해 장시간 부착에 따른 피부 발진을 현저히 줄일 수 있다.

실험 결과 화학무기 대응 및 중추신경계 질환 치료 약물로 동물실험을 수행한 결과, 수일간의 서방형 약물전달이 가능함을 확인했다.

전 책임연구원은 “이번 연구성과를 통해 화학·생물무기 대응 국방체계는 물론 고령화 질환, 유전 질환, 환경성 질환 등 다양한 민간 질병 치료 분야의 지속적이고 효과적인 질환 관리에 대한 잠재력을 확인했다”며 “기계연-중앙대 학연교류 협약체결 이후 도출된 공동 연구성과로 더욱 큰 의미가 있다”고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 최근 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머테리얼스(Advanced Healthcare Materials, Impact Factor 10, JCR 7%)’에 표지 논문으로 선정됐다.
(논문명: Bee Stinger-like Wearable Electrospun Web Microneedles for Sustained CNS Drug Delivery)

(왼쪽부터)한국기계연구원 강병호 학생연구원, 전소희 책임연구원, 한밭대 하지환 교수. 한국기계연구원