심장판막 닮은 심혈관 시뮬레이터 개발

국내 연구진, 심혈관 질환 연구 새 전기 마련

박윤석 경희대학교 교수 연구팀이 개발한 '고정밀 심혈관 시뮬레이터' 설명도.한국연구재단 제공

[충청투데이 윤경식 기자] 국내 연구진이 심장의 판막 구조를 모사한 심혈관 시뮬레이터를 개발해 심혈관 질환 연구의 새로운 전기를 마련하고 있다.

한국연구재단은 박윤석 경희대학교 교수 연구팀이 인간의 대동맥 판막 구조를 모사한 생체모사형 소프트 심장 밸브와 정밀한 자기장 제어로 복잡한 맥압 파형 구현이 가능한 '고정밀 심혈관 시뮬레이터'를 개발하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.

심혈관 질환은 전 세계 사망원인 1위 질환으로 조기 진단과 치료법 개발을 위한 생리학적 이해가 매우 중요하다.

심혈관 질환 연구의 핵심 장치로 사용되는 '심혈관 시뮬레이터'는 그동안 기계식 밸브나 유압 펌프 방식이 적용돼 부피가 크고 정밀 제어가 어렵다는 한계가 있으며 빠른 심박수, 부정맥 등 병리적 상태까지 구현하기 위해 빠른 응답속도와 정밀도가 요구되는 상황이었다.

이에 연구팀은 사람의 대동맥 판막 구조에서 착안한 소프트 자성 밸브와 자성 심장판막을 핵심기술로 하는 심혈관 시뮬레이터를 개발했다.

시뮬레이터는 3개의 판막엽으로 구성된 인간의 대동맥 판막 구조를 본뜬 것으로 외부 자기장에 따라 개폐 동작이 유도되는 자성 심장판막을 설계해 구조적 안정성과 기능적 반응성을 동시에 달성한 것이 특징이다.

시뮬레이터에 사용된 밸브는 유연성과 복원력이 우수한 탄성 고분자에 네오디뮴 자기입자를 90wt%(질량 백분율) 비율로 균일하게 혼합한 복합체로 제작됐으며 프로그래머블한 소형 전자석과 아두이노 기반 제어 시스템을 통해 정밀한 작동이 가능하다.

특히 심장 박동의 수축기·이완기 구간뿐만 아니라, 전체 혈압 곡선을 거의 완벽하게 시뮬레이션할 수 있어 정밀한 생체 유체 시뮬레이션이 필요한 연구 및 의료 환경에 최적화된 기술로 평가됐다.

박윤석 교수는 "자기장을 통해 실시간으로 유체의 흐름과 합력을 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.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 '우수신진연구사업' 지원으로 수행됐다.

윤경식 기자 ksyoon1102@cctoday.co.kr