3D 프린팅 노즐이 의약품 및 자가 치유 물질 제조에 혁신을 가져올 수 있다 — MIT가 개발한 삼축 전기 분무(Triaxial

3D 프린팅 (3D printing)은 오늘날 거의 모든 제조 공정에 빠르게 자리 잡고 있으며, 오늘은 또 다른 이정표를 세우는 날입니다. MIT 연구진 팀은 삼축 전기 분무 (triaxial electrospray) 방출기—세 가지 층의 액적 (droplets)으로 응고되는 여러 액체를 동시에 분사하는 미세한 노즐—를 프린팅함으로써 이 기술의 새로운 용도를 찾아냈습니다. 이러한 방출기는 일반적으로 의약품 제조에 사용되지만, 그 용도는 자가 치유 물질 (self-healing materials) 및 기타 다양한 응용 분야로 확장됩니다.

이론적으로 더 작은 3D 프린팅 노즐 어레이 (nozzle arrays)는 기존 기술에 비해 제조가 더 쉽고 저렴하며, 기존 설계보다 훨씬 더 효율적이고 더 일관되며 맞춤 설정 가능한 액적을 분사하는 것으로 보고되었습니다. 이러한 발전은 층상 구조 의약품의 생산 속도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 자가 치유 물질, 바이오센서 (biosensors), 조영제 (contrast agents), 태양전지 코팅, 임플란트 코팅을 포함한 다른 시나리오에도 잠재적으로 기여할 수 있습니다.

기술 자체가 그 자체로 새로운 것은 아니지만, 이러한 장치들의 터무니없이 복잡한 설계와 미세한 공차 (microscopic tolerances) 때문에 역사적으로 제조를 위해서는 반도체급 클린룸 (cleanroom)이 요구되었습니다. 이번 MIT의 새로운 개발을 통해, 치과 의사가 충치를 채울 때 사용하는 것과 유사하게 레진 (resin)에 UV 광선을 비추는 표준적인 3D 바트 중합 (3D vat polymerization) 방식을 사용하여, 복잡한 내부 네트워크가 모두 정의된 약 1제곱센티미터 면적 내의 16개 삼축 노즐 어레이를 제작할 수 있게 되었습니다.

일반적으로 기존의 동축 전기 분무 (Coaxial electro-spraying) 기술은 두 개의 층으로 제한되거나 동시에 사용할 수 있는 노즐의 수가 제한적이지만, MIT의 새로운 어레이는 제작이 비교적 용이하고 즉시 상용화가 가능하면서도 상당한 수준의 발전을 이룬 것으로 보입니다. 어떤 종류의 프린터를 구매해야 하는지 궁금하시다면, 약 25마이크로미터 (micrometers) 높이, 즉 사람 머리카락 굵기의 약 3분의 1 정도의 층을 쌓을 수 있는 능력이 필요합니다. 연구팀이 사용한 Asiga Max X27 프린터의 가격은 약 13,000달러인데, 이는 의료 연구에 통상적으로 투입되는 막대한 비용에 비하면 아주 미미한 수준입니다.

3D 프린팅은 단 몇 시간 만에 방출기 (emitters)를 제작할 수 있게 해줄 뿐만 아니라, 연구팀이 기존 변형 모델들을 넘어 이러한 장치의 설계를 개선할 수 있도록 해줍니다. 연구원 중 한 명인 Luis Fernando Velásquez-García는 "[연구팀은] 반도체 클린룸 (cleanroom) 없이는 이런 장치를 만들 수 없었을 것"이라고 말하며, 3D 프린터를 사용함으로써 실험 설계의 빠른 반복 (rapid iteration)이 가능했다고 덧붙였습니다. 또한 새로운 모델은 각 미세 액적 (microdroplet) 층을 맞춤화하기 위해 노즐의 유량 (flow rates)과 전압 (voltages)을 매우 정밀하게 조정할 수 있게 해줍니다.

이러한 정밀도로 액적을 제조할 수 있는 능력은 여러 분야에 적용될 수 있는데, 가장 명확한 분야는 의료 응용 분야입니다. 예를 들어, 개선된 층상 구조의 약물은 위에서 녹는 보호층과 장에서 활성화되는 실제 약물이 담긴 두 번째 층을 가질 수 있습니다. 경구용 약물 외에도 미세 입자 (microparticles)는 스킨 크림, 겔 (gels), 상처 드레싱 (wound dressings), 주사제 등을 포함한 다양한 분야에 유용합니다.

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Bruno Ferreira는 Tom's Hardware의 기고가입니다. 그는 개발자로서의 경력과 더불어 PC 하드웨어 및 각종 잡다한 분야에서 수십 년의 경험을 쌓아왔습니다. 그는 디테일에 집착하며 자신이 좋아하는 주제에 대해 장황하게 늘어놓는 경향이 있습니다. 그렇지 않을 때는 주로 게임을 즐기거나, 라이브 음악 공연 및 페스티벌에 참여하곤 합니다.