김성훈 교수 연구팀, 마이크로로봇 플랫폼을 통한 표적화 암 치료 목표

고려대 세종캠퍼스 전자및정보공학과 김성훈 교수 연구팀이 오늘 8일(금) 세계 최초로 자기입자영상(MPI, Magnetic Particle Imaging) 기술을 기반으로 한 ‘올인원 전자기 테라노스틱스 마이크로로봇 플랫폼’을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구는 고가의 의료 영상 장비 없이도 마이크로로봇의 정밀한 위치 추적과 자극, 세포 전달이 가능한 마이크로로봇 및 전자기 테라노스틱스 플랫폼을 개발한 것으로, 차세대 의료 로봇 기술의 새로운 가능성을 제시했다.

연구 결과는 제조 분야 세계 1위 저널인 International Journal of Extreme Manufacturing (IF 21.3, JCR 상위 0.7%) 2025년 7월에 온라인 게재됐으며, 논문명은 “Fabrication of MPI-traceable alginate magnetic millirobots with multimodal selective-locomotion and heating capabilities“이다.

김성훈 교수(교신 저자, 고려대학교 전자및정보공학과)를 중심으로 구성된 이번 연구팀에는 곽소정 교수(공동 교신 저자, 원광대학교 화학융합공학과), Armando Ramos-Sebastian 박사(제1저자, 고려대 광전자신소재연구소), 이자성 박사과정(공동 제1저자, 고려대 전자·정보공학과), 송원일·지동민 박사과정(고려대 전자·정보공학과)이 참여했다.

기존 의료용 마이크로로봇은 △CT △엑스레이 △광학 카메라 등 외부 장비를 통해 위치를 추적해야 했고, 이로 인한 방사선 노출과 고비용이 문제로 지적돼 왔다. 그러나 연구팀이 개발한 시스템은 MPI 신호만으로 자성 물질의 농도와 위치를 실시간 정량 추적할 수 있어, 환자 안전성과 정밀 진단 효율성을 획기적으로 개선할 수 있다.

연구팀은 생체 적합성 높은 알지네이트 하이드로겔에 초상자성 나노플라워(iron oxide nanoflowers)와 NdFeB(네오디뮴 자성입자)를 복합 삽입하여 △MPI 신호 △로봇의 고정밀 위치 제어 △열 발생 제어 △세포 및 약물 전달 기능을 모두 갖춘 다기능성 소프트 마이크로로봇을 제작했다. 특히 연구팀은 다중 자성나노입자를 이용해 소프트 마이크로로봇의 모티모덜 기능을 구현하기 위한 최적 제조 방법을 제시했다.

△MPI 신호 △로봇의 고정밀 위치 제어 △열 발생 제어 △세포 및 약물 전달 기능을 모두 갖춘 이 마이크로로봇은 실제 혈류 환경을 모사한 3차원 유동 시스템에서도 안정적으로 동작하며, 목표 지점에 정확히 도달해 세포를 전달하고 생장까지 유도하는 데 성공했다.

이와 더불어 다중 마이크로로봇 간의 선택적 제어 기술도 구현됐으며, 이를 통해 원하는 특정 로봇에만 선택된 영역에서 자성 열 치료(magnetic hyperthermia)를 수행하는 정밀 온열 자극 기술도 실험적으로 구현했다.

기존의 자성 열 치료 방식은 정상 세포 내에 자성 나노 입자가 존재할 경우, 발열에 의해 정상 조직이 함께 손상될 수 있는 한계가 존재한다. 그러나 본 연구에서 개발된 선택적 열치료 기술은 병변 주위에 자성 나노 입자가 존재하더라도, 3차원 공간상에서 치료 영역의 위치와 크기를 정밀하게 제어함으로써, 설정된 특정 영역의 자성 나노 입자 또는 마이크로로봇에서만 국소 발열을 유도할 수 있다.

이를 통해 정상 조직의 손상을 최소화하는 선택적 치료 효과를 실험적으로 구현하고 검증했다.

하나의 자기장 시스템을 통해 △위치 추적 △이동 △치료, 세포 전달까지 모든 과정을 통합적으로 제어 및 수행할 수 있다는 점이다.

이는 진단과 치료 기능을 각각 분리해서 수행하던 기존 의료 시스템의 한계를 극복하고, 단일 플랫폼으로 통합하는 ‘올인원 테라노스틱스 시스템’의 실현 가능성을 세계 최초로 입증한 사례다.

김 교수는 “이번 연구는 의료 영상, 자극, 치료, 전달을 통합한 세계 최초의 자성 기반 올인원 테라노스틱스 플랫폼”이라며, “향후 장기 생체 실험 및 동물 모델을 통한 실용화 연구를 본격적으로 추진하겠다”고 밝혔다.

한편, 본 연구는 고려대 연구지원사업과 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.