미래형 축산 선도...부경대, 빛으로 움직이는 마이크로니들 기술 개발
빛 반응 액정 엘라스토머에 스냅스루·자석 결합...구동력 14배 이상↑
돼지 피부 364㎛ 삽입 성공...스마트 축산 원격 처치 시스템으로 확장 기대
권태혁 기자2026.08.11 15:40
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| 김대석 고분자공학전공 교수, 박승현 휴먼바이오융합전공 교수, 이채원 석사과정, 김난경 석·박사통합과정.(왼쪽부터)/사진제공=부경대 |
연구팀은 김대석 고분자공학전공 교수와 이채원 석사과정, 박승현 휴먼바이오융합전공 교수와 김난경 석·박사통합과정으로 구성됐다. 이들은 가축에 약물을 비접촉 방식으로 투여할 수 있는 '행동하는 스마트 축산' 시스템을 구현하기 위한 연구를 수행했다.
부경대 연구팀은 빛에 반응하는 아조벤젠 기반 액정 엘라스토머(LCE)를 활처럼 휜 아치 형태로 제작해 자외선을 조사하면 분자 배열 변화로 탄성에너지가 쌓인 뒤 구조가 순식간에 뒤집히는 스냅스루 현상을 유도했다.
기존 LCE는 변형 속도가 느리고 순간 출력이 낮다는 한계가 있었다. 연구팀은 영구자석의 인력을 결합해 스냅스루 임계점을 낮추고 에너지 방출을 증폭했다. 그 결과 빛만으로 구동했을 때 초당 약 140㎜였던 최대 속도는 초당 약 332㎜까지 늘었으며, 최대 구동력도 약 14.6배 향상됐다.
연구진은 이 액추에이터에 고분자 마이크로니들을 결합해 피부 삽입 성능을 검증했다. 실험에서 마이크로니들은 피부를 모사한 젤라틴 구조물과 실제 돼지 피부 조직 모두에 성공적으로 삽입됐다. 돼지 피부에서는 평균 약 364㎛ 깊이까지 도달했으며, 약물을 모사한 형광 물질이 삽입 부위 주변으로 전달되는 것도 확인했다.
아울러 바늘 길이와 배열 개수를 조절해 삽입 깊이, 물질 확산 면적을 제어할 수 있다는 점도 밝혀냈다. 연구팀은 향후 재사용 가능한 LCE-자석 모듈과 교체형 마이크로니들 카트리지를 결합하면 자동화된 정밀 처치 시스템으로 확장할 수 있을 것으로 내다봤다.
김 교수는 "빛에 의해 발생하는 작은 분자 수준의 변형을 스냅스루 구조와 자기력으로 증폭해 강한 기계적 충격으로 전환했다"며 "향후 스마트 축산뿐만 아니라 웨어러블 의료기기, 바이오인터페이스, 소프트 로봇 등 정밀하고 원격 제어가 필요한 다양한 분야에 활용될 것으로 기대한다"고 전했다.
한편 연구 결과는 'Snap-Through-Driven Liquid Crystal Elastomers for High-Power Remote Microneedle Actuation toward Smart Livestock Systems'라는 제목으로 재료과학 분야 국제학술지 'Advanced Functional Materials'(IF=19.9) 온라인판에 게재됐다.
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| 스냅스루 액정엘라스토머-마이크로니들 장치 구동 원리 및 스마트 축산 활용 예시./사진제공=부경대 |
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