일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.3.31

NTT가 생체 기관의 운동을 모방할 수 있는 하이드로겔
유사 체내 환경에서 실험 가능

NTT는 2023년 3월 29일, 장과 같은 근육을 갖고 있는 생체 기관의 움직임을 재현할 수 있는 ‘광(光) 구동형 온 칩(on-chip) 운동 소자’를 개발했다고 발표했다.

소자는, 빛의 조사로 수축하는 하이드로겔을 유리기판 상에 형성하고, 수축시키고 싶은 장소에 빛을 조사함으로써 생체의 임의의 동작을 실현할 수 있는 것이다. 빛을 조사하면 물을 밖으로 내보내 수축하고, 조사를 멈추면 물을 안으로 넣어 부풀어 오른다.

하이드로겔이 유리 표면에 접착되어 있는 부분과 접착되지 않고 자유롭게 움직일 수 있는 부분을 만듦으로써 유리와 하이드로겔 사이에 주름과 같은 공간을 만들어 내부에 액체나 고형물을 넣을 수 있는 구조를 갖는다.

이번에 이 주름 공간 내부에 고형물을 넣어, 긴 고형물을 짧게 하는 분절 운동이나 관 속을 이동시키는 연동 운동을 재현할 수 있는 것을 확인했다. 개발한 운동 소자는 1Hz의 고속 응답 성능, 팽창 시의 두께가 수축 시의 360%나 되는 대변형 성능, 빛을 조사한 부분만 국소 제어하는 것이 가능하다. 이로 인해 생체기관에 필적하는 운동 성능을 실증할 수 있었다고 한다.

-- 바이오 디지털 트윈을 목표 --
향후 하이드로겔 위에 세포를 배양함으로써 온 칩형 인공장기 개발을 목표로 한다. 예를 들면, 하이드로겔을 움직임으로써 세포에 물리적인 자극을 주거나 약제 등에 의한 화학적인 자극을 줄 수 있다. 기존의 2차원적으로 배양한 세포에서는 3차원적으로 배양한 세포와 비교해 세포 간 네트워크가 달라 자극에 대한 반응이 다르다.

이번 운동소자 위에 세포를 배양했기 때문에 생체 내부와 가까운 반응을 관찰할 수 있다고 한다. NTT로서는 이렇게 취득한 데이터를 사용해 장기를 모델화해 바이오 디지털 트윈 구축을 목표로 한다.

또한 이번의 기술적인 포인트는 (1) 고속 응답 변형 재료의 개발과 (2) 좌굴 변형에 의한 변위 증폭이라고 한다. (1)에서는 하이드로겔의 재료인 Poly isopropylacrylamide Gel을 다공질 구조로 함으로써 물의 출입을 원활하게 해 변위를 고속화했다.

이를 레이저로 제어할 수 있도록 빛에 반응해 발열하는 금 나노막대(Gold nanorod)를 Poly isopropylacrylamide Gel과 복합화시켰다. (2)에서는 유리표면 상에 겔의 접착면과 자유롭게 움직일 수 있는 비접착면을 만들어 평상시보다 한 자릿수 큰 변위 증가를 실현할 수 있었다.

-- 끝 --

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