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[IT뉴스]비눗방울에서 착안한 '인공 폐'…24만번 호흡 재현

온카뱅크관리자

2026-08-18 14:17:25

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 AI 생성이미지
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 비눗방울의 얇은 막에서 착안한 ‘인공 폐’가 개발됐다. 24만번 호흡에도 안정적으로 작동했다. 
 포스텍은 정성준 신소재공학과·IT융합공학과 교수 연구팀이 폐 속에 있는 공기주머니인 폐포 움직임을 재현하고 폐 세포 반응을 관찰할 수 있는 초박막 인공 폐를 개발했다고 18일 밝혔다. 
 사람의 폐는 하루에도 수천 번 움직인다. 숨을 들이마시면 폐가 부풀고 내쉬면 줄어든다. 폐 안쪽에 있는 작은 공기주머니인 폐포가 공기를 주고받는 역할을 한다. 폐포는 폐 세포의 성장과 기능에 영향을 주고 염증이나 질병이 진행되는 과정에 영향을 미친다. 
 폐포의 움직임을 실험실 환경에서 재현하면 폐 질환의 원인을 밝히고 치료제 효과를 확인하는 데 도움이 된다. 문제는 실험실에서 폐 세포는 평평하고 고정된 바닥에서 배양하기 때문에 폐의 움직임을 제대로 구현하지 못한다는 점이다. 
 최근에는 칩 안에 폐의 구조와 움직임을 구현한 ‘폐-칩(lung-on-a-chip)’ 기술이 개발됐다. 폐-칩은 대부분 단단한 플라스틱 소재(PDMS1)를 사용해 만들기 때문에 실제 폐 조직의 특성을 재현하는 데 한계가 있다. 말랑한 하이드로젤 소재를 사용하면 얇게 만들었을 때 쉽게 찢어지는 문제가 있다. 
 연구팀은 하이드로젤 소재의 한계를 극복하는 방법을 비눗방울에서 찾았다. 얇은 막을 만들면서도 쉽게 터지지 않고 자유롭게 움직이는 비눗방울 특성을 하이드로젤에 적용했다. 원하는 모양의 틀을 하이드로젤 용액에 담갔다가 꺼내는 방식으로 틀 표면에 매우 얇은 막을 만들었다. 이렇게 만든 초박막은 실제 폐포처럼 부드럽고 유연하며 반복적인 움직임을 견뎠다. 
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 <img alt="비눗방울 막에서 영감을 얻어 폐포 움직임을 인공적으로 구현한 3차원 폐 모델 이미지. 포스텍 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/18/dongascience/20260818140811918vpeo.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="Bjv8gIb0ih" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/18/dongascience/20260818140811918vpeo.jpg" width="658">
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 비눗방울 막에서 영감을 얻어 폐포 움직임을 인공적으로 구현한 3차원 폐 모델 이미지. 포스텍 제공
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 연구팀은 초박막에 사람이 숨 쉬는 원리도 적용했다. 숨을 들이마실 때 횡격막이 아래로 움직이면 폐 안의 압력이 낮아지고 바깥 공기가 들어온다. 연구팀은 폐처럼 압력 변화를 반복적으로 만들어 내는 ‘호흡 구동 시스템’을 개발해 초박막에 적용했다. 적용 결과 초박막은 실제 폐처럼 늘었다 줄어들었다. 약 24만 번의 호흡에도 안정적으로 작동했다.
 인공 폐 내부도 실제 폐와 비슷하게 제작됐다. 연구팀은 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 ‘혈관세포층’, ‘기저막층’, ‘상피세포층’을 차례로 쌓아 폐포와 유사한 3층 구조를 구현했다. 
 연구팀은 인공 폐를 이용해 인플루엔자 바이러스 감염 실험을 진행했다. 이를 통해 호흡 운동에 따라 폐의 염증 반응과 바이러스 대응 반응이 달라진다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 
 정 교수는 "숨 쉬는 인공 폐는 호흡의 빠르기와 깊이를 자유롭게 조절할 수 있어 정상적인 폐부터 여러 질병 상태까지 재현할 수 있다“며 ”이번 연구는 신약 개발과 폐 질환 연구 판도를 바꿀 것"이라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’에 게재됐다. 
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1002/adma.74372
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 <img alt="왼쪽부터 정성준 포스텍 교수, 김광명 시스템생명공학부 통합과정생, 이윤지 샌소재공학과 박사. 포스텍 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/18/dongascience/20260818140810467wjgf.png" data-org-width="617" dmcf-mid="q18OZbkLMl" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/18/dongascience/20260818140810467wjgf.png" width="658">
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 왼쪽부터 정성준 포스텍 교수, 김광명 시스템생명공학부 통합과정생, 이윤지 샌소재공학과 박사. 포스텍 제공
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 [문세영 기자 moon09@donga.com]
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