의료기기도 3D 프린팅 기술로 제작한다

글: 리암 크리츨리(Liam Critchley)
제공: 마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)

<출처: phonlamaiphoto - stock.adobe>

3D 프린팅 기술은 맞춤화 가능성, 빠른 속도, 그리고 매우 복잡한 부품을 제작할 수 있는 능력을 통해 의료 분야에 영향을 미치고 있다. 3D 프린팅의 특성 중 맞춤화가 가능하다는 점은 기하학적으로 복잡한 구조의 부품을 제작할 수 있다는 특성과 결합해 개인 맞춤형 의료 분야에 있어 신기원을 열어가고 있다. 이전에는 구현하기 어려웠던 맞춤형 임플란트나 보철물을 환자에게 시술할 수 있는 길을 열어준다.

또한 기존의 3D 프린팅 방식 외에, 생물학적 물질로 구성되는 조직과 계통을 제작하는 것으로 주목받는 3D 바이오프린팅 방식도 있다. 이 두 가지 기법의 조합 덕분에 현대 의학은 가능성이 더욱 확대되고 있다. 3D 바이오프린팅은 보다 자연스러운 생체 물질 '재료'를 만들기 위해 사용되는 기술이지만, 합성 의료 기기의 경우에는 여전히 기존의 3D 프린팅 방법을 활용해 제작되고 있다.

3D 프린팅 의료기기의 종류

'의료 기기'라는 단어를 들었을 때 떠오르는 이미지는 다양할 것이다. 우선 센서, 심장 박동기, 의료 영상 시스템(MRI, CT, X-레이 등), 그리고 다양한 전기 부품들의 원활한 작동을 통해 기능을 수행하는 모니터링 기기 등 첨단 기기들이 있을 것이다. 또 한편으로는 임플란트, 보철물, 수술 가이드 등 전기적 입력이 필요치 않은 의료 기기들도 떠오를 수 있다. 3D 프린터는 일반적으로 전자 장치를 구현하기보다는, 구조적이거나 단단한 재료의 제작에 사용된다는 점 때문에, 지금까지 의료 관련 3D 프린터 애플리케이션은 대체로 '저기술형' 의료 기기 쪽에 속해 있었다.

수술 가이드(surgical guide)는 의료 및 치과 분야에서 사용된다. 우선 의료 분야에서 MRI와 CT 이미지는 임플란트 삽입 예정인 환자를 촬영하는 데 사용되고, 수술 가이드는 임플란트 삽입이 수월하도록 만들어주며, 수술용 드릴이나 톱은 더 높은 수준의 정확도로 치료할 수 있게 해준다. 이제 3D 프린팅 기술을 사용하면 보다 기하학적으로 복잡한 부품을 제작할 수 있어 가이드 제작 프로세스가 정교해지며, 환자의 임플란트 부위에 더 잘 맞는 임플란트 시술에 쓰일 보다 정밀한 수술 가이드를 더 빠르게 만들 수 있다. 또한, 3D 프린팅 방법을 활용하면 스텐트와 같은 다양한 임플란트 디바이스도 만들 수 있다. 

치과에서는 3D 프린팅을 사용하여 환자의 치아에 직접적으로 맞닿는 수술 가이드를 만들어 수술용 드릴이 정밀하게 자리 잡도록 할 수 있다. 즉, 3D 프린팅 장치를 통해 다양하고 복잡한 치아의 기하학적 구조를 훨씬 더 정확하게 캡처하고 구현할 수 있는 것이다. 3D 프린팅은 치과에서 수술용 가이드 외에도 강력한 브릿지와 크라운을 만드는 데에도 사용된다.
3D 프린팅은 보철물 제작에도 활용된다. 3D 프린팅 기술은 두 종류의 보철물을 만드는 데 사용되고 있다. 하나는 기존의 보철물에 미적 요소가 가미된 맞춤형 보철물 커버이고, 다른 하나는 3D 프린팅 물질로 제작된 외부 보철물의 기능적 구성요소로, 주로 마모될 수 있는 움직이는 부품 등이다. 외부 보철물과 마찬가지로, 시중에 나와 있는 다양한 고성능 맞춤형 임플란트 보철물들은 주로 금속이나 금속 합금으로 만들어진다. 이유는 오랫동안 사용할 수 있도록 내구성을 높이기 위한 목적과 함께, 임플란트 디바이스가 체내 바이오 유체의 효과에 저항하는 경우에 대비하기 위해서다. 3D 프린팅을 사용하면 슬개골이나 요추 케이지와 같이 기하학적으로 복잡한 임플란트 보철물을 만들 수 있다.

3D 프린팅이 활용되는 사례는 이 외에도 매우 많다. 인이어(in-ear) 보청기를 예로 들면, 3D 프린팅 방식은 전자 제품 그 자체를 제작하지는 못하지만 전자 장치를 감싸며 환자의 귀에 완벽하게 맞는 매우 정확한 쉘을 만드는 데 사용된다. 또 다른 예로는 손상되거나 병든 하지를 지닌 환자의 통증을 완화하거나 재정렬해주는 발 보조기나 발목 보조기를 들 수 있다. 3D 프린팅은 보조기의 기계적 특성을 맞춤화하여, 어떤 부분은 유연하지만 다른 부분은 지지력을 갖추도록 설계할 수 있기 때문에 환자에게 한 층 더 높은 수준의 지지력과 편안함을 제공한다.

맺음말
3D 프린팅이 의료 부문에서 커다란 파장을 일으키고 있다. 3D 프린팅 기술로 제작되는 다양한 재료 기반의 저기술형 의료 기기는 수술 가이드에서부터 치과용 기구, 보철물, 임플란트에 이르기까지 매우 많다. 이를 3D 바이오프린팅의 잠재적 범위와 결합한다면, 앞으로 의료 부문에서 3D 프린팅을 활용하여 혁신과 변화를 꾀할 수 있는 분야는 무궁무진할 것이다.

▶ 저자 소개 


리암 크리츨리(Liam Critchley)는 화학 및 나노 기술 전문 작가이자 저널리스트, 커뮤니케이션 전문가다. 분자 수준의 화학 물질을 다양한 응용 분야에 어떻게 적용할 수 있는지에 대해 연구한다. 화학과 나노기술을 넘나드는 다양한 과학 및 산업 분야 전반에 걸쳐 350편 이상의 기고를 집필했다. 유럽 NIA(Nanotechnology Industries Association)의 수석 과학 커뮤니케이션 책임자로 지난 몇 년 동안 전 세계의 많은 기업, 협회 및 미디어 웹사이트에 글을 기고했다. 미국 NGA(National Graphene Association), 글로벌 단체인 NWN(Nanotechnology World Network)의 자문이사, 영국 과학자선단체인 GlamSci의 이사회 멤버로 활동 중이다.