[와우! 과학] ‘위산’ 이용한 모터 개발... ‘마이크로 로봇’ 위 속 누빈다

▲ 마이크로 모터의 전자 주사 현미경 사진 출처: 캘리포니아 대학

과거 공상과학 영화나 만화에서 빠지지 않고 등장하는 단골 소재 중 하나는 인체의 혈관이나 장기에 들어갈 수 있는 마이크로 로봇이다. 이들은 세포만큼 작은 크기를 이용해서 나쁜 병원균이나 악당과 맞서 싸운다. 물론 현실에서 이런 일이 일어나려면 아직 멀었지만, 실제로 이만큼 작은 크기의 마이크로 로봇을 만들어서 질병의 진단과 치료에 사용하려는 연구는 진행 중이다.

미 캘리포니아 대학의 요섭 왕(Joseph Wang) 교수와 그의 동료들은 이런 마이크로 기기를 위해 지름 5㎛(1㎛=1,000분의 1mm) 의 마이크로 모터를 개발하는 데 성공했다고 발표했다. 이들이 만든 장치는 로봇 자체는 아니고 모터 내지는 제트 엔진인데, 그 추진 방식이 매우 독특하다.

실제 전기 모터나 혹은 내연 기관을 세포만큼 작게 만들기는 매우 어려운 일이다. 연구팀은 현재 있는 모터를 세포처럼 작게 만드는 대신 다른 방향에서 접근했다. 그것은 바로 아연을 이용하는 것이다. 이 마이크로 모터의 정체는 사실 작은 캡슐에 든 아연이다. 그런데 어떻게 추진력을 내는 것일까?

비결은 위산이다. 바로 위산이 아연과 반응하면 수소 가스가 생성되는 점을 활용한 것이다. (참고로 수소 가스의 양은 아주 미량이기 때문에 인체에 위험하지 않다. 당연히 아연이 포함된 영양제나 식품을 먹어도 위험하지 않다)

Zn(s) + 2H+(aq) -> Zn2+(aq) + H2(g)

이렇게 생성된 수소 기체를 한쪽으로 배출하면 원하는 방향으로 추진력을 얻게 되는 것이 이 마이크로 모터의 원리이다. 원리상 위안에서만 작동할 수 있다는 단점이 있지만 그럼에도 응용의 여지는 충분하다는 것이 연구팀의 생각이다. 연구팀이 강조하는 부분은 이 마이크로 모터가 실제 실험동물에서 훌륭하게 작동했다는 것이다.

이 마이크로 모터에 다른 장치를 부착해서 완전한 로봇으로 만드는 일은 당장에는 어렵다. 하지만 연구팀은 이 마이크로 모터가 약물을 더 효과적으로 투여할 수 있을지 테스트했다. 방법은 간단하다. 이 마이크로 모터에 금 나노입자를 코팅했다. 그리고 일반적인 경구용 알약보다 마이크로 모터 코팅 방식이 더 효과적인지를 테스트했다.

그 결과 마이크로 모터를 섭취한 쥐의 위 조직에서는 1g당 168ng의 금 나노입자가 발견됐지만, 일반 알약을 투여한 쥐의 위 조직에서는 1g당 53.6ng의 금 나노입자를 발견했다. 이는 마이크로 모터가 쥐의 위 내부에서 움직이면서 효과적으로 약물을 투여했기 때문이다. 그 결과 약물이 골고루 분포되어 같은 용량의 약물을 투여해도 실제 조직에 더 많은 약물을 전달할 수 있었다는 것이 연구팀의 발표이다. 당연한 이야기지만, 이 마이크로 모터는 위에서 안전하게 분해되어 사라지기 때문에 특별한 부작용도 없다.

현재 기술 수준으로 암세포를 찾아서 파괴할 수 있는 능력을 지닌 마이크로 로봇을 개발하기는 매우 어렵다. 모터만으로 주변 세포를 파악하고 임무를 수행할 순 없기 때문이다. 따라서 마이크로 로봇이 머지않은 미래에 개발될 가능성은 낮은 것이 현실이다. 하지만 미래의 가능성은 열려있다. 이 연구는 그런 면에서 주목할 만하다.