Biomedical Nanomaterials Lab

[MSIT Webzine_플러스기술] 4차 산업혁명 시대의 나노 바이오 융합

인류 문명은 기술의 발전을 통해 많은 변혁을 거치며 성장해 왔다. 18세기 1차 산업혁명을 통해 수공업에서 기계화 시대로 진입했고, 19세기 2차 산업혁명을 거쳐 기계화된 산업을 바탕으로 가속화된 대량 생산 시대가 도래하였으며, 20세기 후반에 IT(Information Technology) 기반의 3차 산업혁명을 통해 정보화 시대에 진입했다.

그리고, 21세기 현재 정보통신기술의 발달과 더불어 융·복합 기술의 중요성이 대두되면서 초연결성(Hyperconnectivity) 및 초지능성(Superintelligence)을 기반으로 하는 4차 산업혁명의 시대가 도래했다.

초연결성이란 빅데이터, 인공 지능 등의 첨단 지능정보기술이 기존 산업 혹은 나노기술, 로봇공학 등의 신기술과 융합되어 사람 및 사물을 상호 간에 연결하여 네트워크를 형성하는 것을 의미한다.

최근에 한국을 중심으로 5G 통신 기술이 도입되면서 초연결성 시대로 한 걸음 더 다가가게 되었다. 의료 현장에서도 환자의 건강 의료 빅데이터화를 통해 개인의 질병에 대한 위험을 예측하고 조기에 인지 및 경보함으로써 국가 차원에서 치료를 넘어 예방 및 관리가 가능한 초지능화된 보건의료 서비스를 제공할 수 있게 되었다.

더 나아가, 인공지능 AI를 이용하여 방대한 규모의 의료 빅데이터 분석을 통해 빠르고 정확한 의사결정을 지원하는 인공지능 로봇 ‘왓슨’(IBM)을 통한 진료가 시행되면서 의료기술의 새로운 도약이 시작되고 있다.

사람과 기술 간의 초연결성은 나노기술과 의학 및 바이오의 융복합 기술에서도 찾아볼 수 있다. 나노기술은 1m의 10억 분의 1단위의 물질을 조작하여 응용하는 기술로서 수백 마이크로 사이즈인 세포보다도 작은 세계에서 이루어지는 공학 기술이다.

나노기술 산업은 의료분야에서부터 항공 우주, 생명 공학, 태양 전지, 메모리 산업 등 폭넓은 분야에서 활용되고 있다. 바이오에서 활용되고 있는 나노기술은 나노 단위의 작은 입자 및 소재를 이용하여 암을 표적 이미징하고 단일 세포 수준의 이미징까지 가능하다. 약물을 탑재하여 체내 원하는 부위에 선택적으로 전달해 치료를 수행할 수 있다.

이러한 나노의학 융·복합 분야에서는 환자 개인의 유전정보를 바탕으로 나노소재를 이용하여 질병을 더욱더 정확하고 정밀하게 진단 및 치료하기 위한 환자 맞춤형 정밀 나노의학(Precision Nanomedicine) 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이를 이용하여 나노입자를 이용한 형광 이미징을 통해 암 조직을 효과적으로 제거할 수 있는 이미지 가이드 로봇수술 기술이 개발되었다. 생체 이미징 및 효과적인 약물 전달을 위해 활발히 연구되고 있는 나노의학 기술은 피부의 상처를 빠르게 접합하는데 응용되기도 하였다.

상향변환 나노입자(Upconversion Nanoparticles)라는 기능성 나노입자를 이용해 빛을 체내로 전달하여 피부 내 콜라겐의 화학적 조직 결합을 유도해서 빠르게 상처를 접합하는 기술이 일례이다. 상향변환 나노입자를 히알루론산과 섞어 복합체를 만든 후 체내에 전달한 다음, 근적외선 빛을 가시광선으로 변환시키는 특성을 이용하여 피부의 화학적 결합을 가속화한 것이다.

이러한 광의약 나노기술은 향후 로봇 수술을 위한 조직 접합 기술로 활용될 수 있다.