전석지 교수, 이진균 박사

[경북정치신문=이세연 기자] 국립금오공과대학교 재료공학부 전석진 교수 연구팀이 형상 변화만으로 이동 방식과 방향을 정밀하게 제어할 수 있는 ‘미생물 모사 초소형 입자’를 개발했다.

이번 연구는 향후 인체 내부에서 약물을 원하는 위치로 전달하는 의료용 마이크로 로봇 기술로 확장될 가능성을 보여주며 학계의 주목을 받고 있다. 이번 연구 성과는 세계적 권위의 다학제 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 2026년 1월 6일 자로 게재됐다.

 

미생물 모사 입자의 온도에 따른 형상 변화와 입자 주위에 형성된 유체 흐름을 나타내는 particle image velocimetry 이미지

온도 변화로 ‘형상’ 바꾸며 움직이는 초소형 입자
연구팀이 개발한 미생물 모사 입자는 길이 약 40마이크로미터(㎛) 수준으로, 대형 박테리아와 비슷한 크기의 초소형 구조체다. 이 입자는 온도에 반응하는 하이드로젤 층과 변형되지 않는 단단한 물질 층이 결합된 이중 구조로 만들어졌다.

주변 온도가 변하면 하이드로젤 층의 부피가 달라지면서 입자의 곡률(휘어짐)이 변화하고, 이에 따라 입자의 이동 방식과 방향도 함께 달라진다.

외부 전기장 바꾸지 않아도 방향 전환 가능
기존 초소형 입자나 마이크로 로봇은 형태가 고정돼 있어 이동 방향을 바꾸려면 외부 전기장이나 자기장의 방향 자체를 조절해야 하는 한계가 있었다.

하지만 이번에 개발된 입자는 외부 전기장을 그대로 둔 상태에서도 입자 스스로의 형상 변화만으로 이동 방향과 추진 방식을 바꿀 수 있다는 점에서 차별성을 가진다. 연구진은 교류 전기장 환경에서 물의 온도를 조절해 입자의 형상과 이동 방향을 선택적으로 바꾸는 데 성공했다.

 

미생물 모사 입자가 폐곡선을 따라 이동한 뒤 출발점으로 복귀하는 시연을 통해 목적 지향적 유영이 가능함을 입증

‘형상 변화 + 전기적 분극 제어’ 새로운 구동 원리 제시
입자가 형상을 바꾸면, 전기적 성질인 유효 분극도도 함께 변한다. 이 과정에서 입자 주변에 비대칭적인 이온 흐름이 발생하고, 이 흐름이 입자를 앞으로 밀어내는 추진력으로 작용한다.

연구진은 이를 통해 △직선 이동 △나선형 이동 등 서로 다른 추진 방식 전환이 가능함을 확인했으며, 각 상태에서 이동 방향을 정밀하게 제어할 수 있음을 실험으로 입증했다.

특히 입자가 폐곡선을 따라 이동한 뒤 다시 출발 지점으로 돌아오는 시연에도 성공해, 목표 지점을 향해 이동하는 ‘목적 지향적 유영’ 가능성도 보여줬다.

의료용 마이크로 로봇으로 확장 기대
전석진 교수는 “형상 변화와 전기적 분극 특성을 결합한 이번 연구는 마이크로 로봇과 능동 입자 시스템 설계의 새로운 구동 원리를 제시한다”며 “특히 미세 환경에서 정밀한 조작이 요구되는 의료용 마이크로 로봇 분야에서 중요한 기초 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 미국 콜로라도주립대학교와의 공동연구로 진행됐다.

이세연 기자 gbp1111@naver.com
사진=금오공과대학교 제공