금속 마이크로 니들 표면에 전기방사 나노섬유 형성

한국기계연구원(원장 류석현) 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 전소희 책임연구원(중앙대학교(총장 박상규) 약학대학 학연교수 겸임)은 중앙대학교 약학대학 강원구 교수, 의과대학 윤유식 교수, 국립한밭대학교 기계공학과 하지환 교수, 국방과학연구소 연구진과의 공동연구를 통해, ‘수일간 통증없이 장기 부착이 가능한 벌침 모사형 유연 웹(Web) 마이크로 니들’을 세계 최초로 개발했다.

마이크로니들은 백신 등의 약물을 통증 없이 피부로 전달하기 위해 개발돼 왔다. 지금까지 개발된 마이크로니들은 딱딱한 고체형태로 피부 부착시간이 1시간 이내로 제한돼 수십 시간 동안 지속적으로 체내에 전달해야 하는 약물에는 적용이 어려웠다. 기계연구원 공동연구팀은 수일간 통증없이 부착이 가능한 벌침 모사형 유연 나노섬유 마이크로 니들을 개발해 이러한 한계를 획기적으로 개선했다.

기계연구원 공동 연구팀이 세계 최초로 개발한 유연 나노섬유 마이크로 니들은 수일간의 서방형 약물전달이 가능하면서도 통증이 없고 착용감이 매우 우수하다. 개발한 마이크로 니들에 화학무기 대응 및 중추신경계 질환 치료 약물을 탑재하여 동물실험을 수행한 결과, 수일간의 서방형 약물전달이 가능함을 성공적으로 확인했다.

연구팀은 전기방사 공정 시 발생하는 정전기력을 수집용 금속 마이크로 니들 표면에 집중시켜, 전기방사 나노섬유가 금속 마이크로 니들 표면에 형성되도록 하였다. 이 세계 최초의 전기방사 나노섬유 마이크로 니들은 전기장 형성으로 인해 가장 가까운 금속 마이크로 니들의 상단부에서부터 응집되어 방사형으로 전기방사 나노섬유 마이크로 니들이 금속 마이크로 니들 표면에 형성된다. 이 나노섬유 마이크로 니들이 코팅된 금속 마이크로니들을 피부에 붙인 후 즉시, 금속 마이크로 니들을 제거하면, 벌침이 피부에 찔러 들어가 고정되는 원리와 같이 나노섬유 마이크로 니들만 피부 내에 고정되어 지속적 약물 전달을 가능하게 한다.

또한 개발된 나노섬유 마이크로니들은 유연성이 뛰어나 장시간 착용해도 피부 통증이나 이물감이 거의 없고, 내부에 형성된 나노~마이크로 크기의 미세 다공구조로 우수한 통기성을 확보해 장시간 부착에 따른 피부 발진을 현저히 줄일 수 있다.

기계연구원 전소희 책임연구원은 “이번 연구성과를 통해 화학·생물무기 대응 국방체계는 물론 고령화 질환, 유전 질환, 환경성 질환 등 다양한 민간 질병 치료 분야의 지속적이고 효과적인 질환 관리에 대한 잠재력을 확인했으며, 2024년 기계연-중앙대 학연교류 협약체결 이후 도출된 공동 연구성과이기에 더욱 큰 의미가 있다”라고 밝혔다.

한편 이번 연구성과는 재료·나노과학 분야의 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머테리얼스(Advanced Healthcare Materials, Impact Factor 10, JCR 7%)’에 게재되었으며, 전면 표지 논문(Front cover, 논문명 : Bee Stinger-like Wearable Electrospun Web Microneedles for Sustained CNS Drug Delivery, DOI: https://doi.org/10.1002/adhm.202501371)로 선정되었다.