신생아의 빠르게 뛰는 심장박동까지 재현할 수 있는 심혈관 모사 장치가 개발됐다.

한국연구재단은 경희대 박윤석 교수 연구팀이 인간의 대동맥 판막 구조를 모사한 소프트 심장 밸브와 고정밀 심혈관 시뮬레이터를 개발했다고 19일 밝혔다.

심혈관 질환은 전 세계 사망원인 1위 질환으로, 조기 진단과 치료법 개발을 위해 인체의 혈압과 맥압 변화를 인공적으로 구현한 심혈관 시뮬레이터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

다만 기존 기계식 밸브나 유압 펌프 방식의 심혈관 시뮬레이터는 부피가 크고 정밀 제어가 어렵다는 한계가 있다.

신생아나 소아의 빠른 심박수와 고강도 운동 중 발생하는 부정맥 등 병리적 상태까지 구현하기 위해서는 응답 속도와 정밀도가 높은 밸브 시스템이 필요하다.

연구팀은 사람의 대동맥 판막 구조를 본뜬 소프트 자성 밸브와 자성 심장판막을 핵심기술로 하는 심혈관 시뮬레이터를 개발했다.

3개의 판막엽으로 구성된 심장 대동맥 판막은 수축·이완기 심장 박동에 따라 혈액을 한 방향으로 흐르게 하는데, 이 3엽 구조를 닮은 자성 심장판막과 소프트 자성 밸브가 외부 자기장의 세기와 방향에 따라 마치 대동맥 판막처럼 자연스레 열리고 닫히게 된다.

유연성과 복원력이 우수한 탄성 고분자에 강한 자성을 가진 입자를 균일하게 혼합, 외부 자기장에 따라 형태가 변하며 개폐 동작을 정밀하게 제어할 수 있다.

심박수 300bpm의 극단적 조건에서도 안정적으로 동작할 수 있는 수준으로, 유아부터 성인의 혈압 파형을 1mmHg 이내 오차로 정밀하게 재현 가능하다고 연구팀은 설명했다.

박윤석 교수는 "자기장을 통해 실시간으로 유체의 흐름과 압력을 제어함으로써 비정상적인 맥압 파형까지도 세밀하게 모사할 수 있다"며 "생체모사 시스템과 의료용 시뮬레이터, 휴머노이드 로봇 심장 개발 등에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈'(Advanced Materials) 지난달 24일 자에 실렸다.

장익상 선임기자(iksang.jang@gmail.com)