유아·성인 혈압 파형 정밀하게 재현 '심혈관 시뮬레이터' 개발

대동맥 판막 구조 생체 모방한 자성 심장판막

빠르게 뛰는 신생아의 심장 박동부터 심근경색으로 인한 급격한 혈압 변화까지 재현할 수 있는 심혈관 시뮬레이터가 개발됐다. 심장 판막 구조를 모사한 정밀 재현으로 심혈관 질환 연구에 새로운 전기를 마련할 것으로 기대된다.

한국연구재단은 박윤석 경희대 교수 연구팀이 이 같은 고정밀 심혈관 시뮬레이터를 개발하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.

연구팀이 개발한 심혈관 시뮬레이터의 핵심기술은 인간의 대동맥 판막 구조에서 착안한 소프트 자성 밸브와 자성 심장판막이다.

심장 대동맥 판막은 3개의 판막엽으로 돼 있어 수축·이완기 심장 박동에 따라 혈액을 한 방향으로 흐르게 한다.

이 3엽 구조를 닮은 자성 심장판막과 소프트 자성 밸브가 외부 자기장의 세기·방향에 따라 마치 대동맥 판막처럼 자연스럽게 개폐 동작이 유도되는 시스템이다.

자성 심장판막 및 소프트 자성 밸브는 유연성과 복원력이 우수한 탄성 고분자에 네오디뮴 자기입자를 균일하게 혼합한 복합체로 제작, 외부 자기장에 따라 형태가 변하며 밸브 개폐 동작을 실시간으로 정밀하게 제어할 수 있게 구현했다.

인공혈관 실험에서 불과 수 밀리미터의 자기장 변화만으로도 개폐 동작을 수행하는 높은 반응성을 보였고, 밸브 응답 시간은 최대 150밀리세컨드(ms)로 기존 유연 밸브보다 매우 신속한 전환 성능을 달성했다.

이 같은 성능은 심박수 300bpm의 극단적 조건에서도 안정적으로 동작할 수 있는 수준으로, 유아부터 성인의 혈압 파형을 1수은밀리미터(㎜Hg) 이내 오차로 정밀하게 재현 가능하다.

박윤석 교수는 “자기장을 통해 실시간으로 유체 흐름과 압력을 제어할 수 있는 이번 심혈관 시뮬레이터는 비정상적 맥압 파형까지도 세밀하게 모사할 수 있다”며 “생체모사 시스템과 의료용 시뮬레이터, 휴머노이드 로봇 심장 개발 등으로 확장이 기대된다”고 말했다.

이인희 기자 leeih@etnews.com