바늘없는 주사 시스템 연구

편집국 기자 / 기사승인 : 2021-10-19 10:13:07
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2'10" 읽기
- 당뇨 환자, 피부 아래에 인슐린이나 백신을 전달하는 미세바늘이 있는 패치를 사용
- 수의학에서는 단순히 고압으로 피부를 통해 혈청을 쏘는 예방 접종 총을 오랫동안 사용해
- 바늘 없는 주사를 위한 보다 작고 부드러운 시스템 개발 필요
- 현상을 이해하는 것은 피부에 이와 같은 기포가 형성되는 것을 방지하기 위해 중요

물 한 방울을 관통해 쐈다.
고속 실험은 바늘 없는 주사 개발에 도움이 된다.


사과, 멜론 또는 기타 과일을 고속으로 촬영하는 것은 새로운 것이 아니다.
이 사진의 하단에 보이는 사진들이 그 것이. 여기에서 연구원들은 가늘고 날카로운 물줄기로 한 방울을 쏘고 그 결과를 고속 카메라로 기록했다. 이러한 방식으로 얻은 지식은 효과적이고 부드러운 바늘 없는 주사 방법을 개발하는 데 도움이 될 것이다. 

▲ 총알은 사과(위)를 관통해 쏘고 한 물방울을 통해 고속으로 분사된다. 후자는 바늘 없는 주사 방법 개발을 돕기 위한 것이다. © Rivas et al./ MIT, Tiny Giants


예방 접종 또는 약물 주입과 관련해 고전적인 주사기가 선택된다.
우리의 피부는 다른 방법으로는 침투하기 어려운 효과적인 장벽이기 때문이다.

활성 성분을 피부 아래에 더 부드럽게 가져오는 첫 번째 접근 방식이 있다. 이는 당뇨병 환자와 같이 정기적으로 주사가 필요한 사람들에게 주로 도움이 될 것이다. 이러한 대안 중 일부에서 과학자들은 피부 아래에 인슐린이나 백신을 전달하는 미세바늘이 있는 패치를 사용한다.
▲ 고속 미세유체 제트는 열공동 현상에 의해 생성될 수 있다. 미세유체 채널 내부의 액체 증발에서 빠르게 팽창하는 기포가 형성되고 흐름 집중 효과를 통해 제트를 생성한다. 과학자들은 펜던트 액체 방울에 대한 이러한 제트의 영향과 횡단을 연구했다. (출처:관련논문 Impact of a microfluidic jet on a pendant droplet, from the journal Soft Matter)

피부에 바늘 없이 주입

또 다른 해결책은 바늘을 완전히 사용하지 않는 것이다.
수의학에서는 단순히 고압으로 피부를 통해 혈청을 쏘는 예방 접종 총을 오랫동안 사용했다. 이러한 장치는 매우 크고 통증이 없고 제한된 정도로만 위생적이다.

이것이 MIT(Massachusetts Institute of Technology)와 네덜란드의 트벤테 대학(University of Twente)의 과학자들이 바늘 없는 주사를 위한 보다 작고 부드러운 시스템을 개발하기 위해 노력하고 있는 이유다.

다비드 페르난데즈 리바스(David Fernandez Rivas)는 "우리는 피부 손상을 최소화하는 방식으로 바늘 없는 주사를 수행할 방법을 연구하고 싶었다"며 "우리의 실험은 올바른 속도와 모양으로 제트를 생성하는 데 필요한 정보를 제공한다"고 설명했다.

연구원들은 레이저가 미세 유체 칩의 액체를 가열하고 그 안에 증기 기포를 생성하는 시스템을 개발했다. 급격한 압력 증가는 활성 성분 용액을 마이크로 노즐을 통해 고속으로 방출한다. 이상적으로는 받는 사람의 피부를 통해 직접 전달된다.

이러한 액체 제트의 다양한 버전이 피부에 얼마나 잘 침투하고 제트가 어떻게 변하는지 조사하기 위해 팀은 불투명한 피부 대신 투명한 물방울을 사용했다.

연구 보조 수단으로서의 고속 촬영

실험에서 그들은 미세 유체 시스템을 사용해 매달린 물방울에서 얇은 물 제트를 발사했다. 다양한 화학 물질을 추가하여 때로는 더 단단하게, 때로는 더 얇게 만들었고 이것이 제트의 모양과 거동에 어떻게 영향을 미치는지 관찰했다. 이를 위해 초당 5만 장의 사진을 찍는 고속 카메라로 전체를 촬영했다.
▲ 그림 3. 3CMC에서 Triton X-100(왼쪽)과 순수한 물방울(오른쪽)으로 물방울에 충돌하는 제트의 연속 스냅샷 (출처:관련논문 Impact of a microfluidic jet on a pendant droplet, from the journal Soft Matter)

이러한 고속 비디오의 일부 스냅샷은 사진의 아래쪽에서 볼 수 있다.
얇은 물줄기가 비교적 큰 총알 깔때기를 남기는 것을 분명히 알 수 있다. 이것은 아마도 우리 피부에 고통을 줄 것이다. 점도가 다른 방울에서 물 충격은 기포를 생성하거나 심지어 방울에 끼였다. Rivas는 "이러한 현상을 이해하는 것은 피부에 이와 같은 기포가 형성되는 것을 방지하기 위해 중요하다"고 말했다.

그들의 실험을 기반으로 연구원들은 실제로 일어나는 일을 더 잘 설명할 수 있도록 물리적 모델과 방정식을 이미 수정했다. 그들은 이를 기반으로 무바늘 주입 시스템을 더욱 최적화할 수 있기를 바라고 있다.
(Soft Matter, 2021, doi: 10.1039 / D1SM00706H)
출처: MIT

[더사이언스플러스]

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