WO2017222321A1 - 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템 - Google Patents

마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템 Download PDF

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WO2017222321A1
WO2017222321A1 PCT/KR2017/006590 KR2017006590W WO2017222321A1 WO 2017222321 A1 WO2017222321 A1 WO 2017222321A1 KR 2017006590 W KR2017006590 W KR 2017006590W WO 2017222321 A1 WO2017222321 A1 WO 2017222321A1
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microrobot
magnetic field
simulation system
micro
network
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최홍수
김진영
이승민
김상원
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재단법인대구경북과학기술원
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Definitions

  • the present invention relates to a biorobot-based biological simulation system that performs drug or cell delivery, microorganism construction, and fluid flow control.
  • Human-on-a chip or Body-on-a chip is a proposed technique to solve ethical problems in animal experiments and to improve the accuracy of prediction of clinical effects.
  • the first problem has to be provided with an input port and a channel, and thus there is a process limitation to implement the system itself, and the second problem is a constantly changing biological environment. It is difficult to secure the simulation reliability for.
  • the human body simulation chip according to the prior art is applied to the external pump to implement a variety of environments, such as changes in the fluid velocity in the system, which flows the fluid in one direction only for the entire system
  • environments such as changes in the fluid velocity in the system, which flows the fluid in one direction only for the entire system
  • biomimetic environment There are limitations in that it is difficult to implement a biomimetic environment.
  • an external pump when applied, it is difficult to dock the micro organs in a specific site of interest.
  • the present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems, the pre-clinical testing of the target-oriented treatment using a microrobot (magnetic drug carrier for target-oriented treatment including micro- / nano-robots, micro- / nano particles, etc.)
  • the aim is to provide an in vitro test platform for microrobot-based targeted therapy.
  • an object of the present invention is to provide a microrobot-based biosimulation system capable of realizing a dynamic environment related to the interaction between organs.
  • a microrobot-based biosimulation system includes a network connecting microorganisms constituting a living organ model, and operations of microrobots and microrobots moving within the network to perform drug or cell delivery in a target-oriented manner. It characterized in that it comprises a magnetic field control unit for controlling.
  • the microrobot-based biosimulation system monitors the physiological response and effects on a novel drug by performing drug or cell delivery to a local body in a network of several body organ models interconnected within the biosimulation system. There is a possible effect.
  • the microrobot since the microrobot is moved by an externally applied magnetic field, it is unnecessary to implement additional inlets and channels for guiding the microstructure into the artificial organ chamber, and it is possible to generate various artificial organs including three-dimensional cultured cells. It is possible to precisely control the position of the constituting microrobot to accurately load the target target position.
  • the present invention by using a microrobot pump driven by a magnetic field, by selectively controlling the flow rate and direction change in the network by changing the rotational speed and the direction of rotation of the pump, it is selected without having an external pump or valve It is possible to perform a fluid control freely, so that it is possible to simulate the fluid flow (ie, blood flow) to match the characteristics of the micro organs and the physiological state change.
  • the magnetic field controller is used to form a magnetic field in the entire area or the local area of the biological simulation system, thereby facilitating the drive control regarding the movement of the microrobot in the network and the fine movement in the micro-organ chamber. There is one effect.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a microrobot-based bio simulation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating total magnetic field control and local magnetic field control according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing a microrobot-based bio simulation system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an entire magnetic field controller and a local magnetic field controller according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a microrobot precision control process of the local magnetic field controller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 and 2 show a microrobot based bio simulation system according to an embodiment of the present invention.
  • the microrobot-based biosimulation system is injected into a network 300 and a network 300 that connect microorganisms 200 constituting a living organ model, and transferred by a magnetic field to target orientation. And a microrobot (100a, 100b, 100c) for performing drug or cell delivery and a magnetic field control unit for controlling the operation of the microrobot.
  • Micro-organs include tumors, 200a is tumor, 200b is liver, 200c is brain, 200d is cardiac, 200e is pancreas To show.
  • the network 300 is a channel for biological interaction between each micro organ 200a to 200e.
  • liver 200b which is a micro organ
  • biological interactions regarding how the drug administration affects another micro organ, the heart 200d are possible.
  • the microrobot for cell or drug delivery can be formed into a bio-supported scaffold type, capsule type, spiral scaffold type, and the like, which are examples of the types described to help those skilled in the art for understanding.
  • the scope of the shape of the microrobot of the present invention is not limited.
  • the microrobots 100a and 100b for cell or drug delivery are biosupported scaffold type.
  • it consists of a microrobot (scaffold type, 100a), capsule type microrobot (100b), the microrobot is a spiral scaffold type microrobot that operates corkscrew motion to secure greater propulsion force It may be formed of (100c).
  • the microrobots 100a, 100b, 100c which are provided in a bio-supported or encapsulated form, are loaded with drugs or cells, and accurately moved to a target micro organ in the network 300 by a magnetic field applied from the outside. Release the drug or cell.
  • the configuration When the microrobot is a bio-supported scaffold type (100a), the configuration includes a support formed at a spaced interval therebetween, and a plurality of gaps are formed, through which the cells are three-dimensional in the interior space. Cultured or drug is stored.
  • the bio-supported scaffold type microrobot 100a is a porous bio-scaffold having a three-dimensional structure, and may be configured as a hexahedron, cylinder, ellipsoid, polyhedron, or cone.
  • the shape of the bio-supported scaffold type microrobot is not limited by the above-described shape, but may be configured in various shapes.
  • the biosupported scaffold type microrobot 100a is fabricated lithographically using photocurable polymers, so that microscopic three-dimensional, easy cell or drug delivery within the network 300 of the biomimetic system. Structural porous biosupported scaffold type.
  • the bio-supported scaffold-type microrobot 100a is a porous support, and moves within the network 300 by loading three-dimensional cultured cells or drugs in an inner space of the support having a gap.
  • the capsule-type microrobot 100b includes a cap for loading a drug or a cell, and a thrust portion connected to and rotated by a magnetic field. It is possible to transport or release the shipped cells and drugs according to the direction of the field, and to seal the shipping part to prevent the loss occurring during the movement.
  • a bio-supported scaffold type and a capsule type are taken as examples of the shape to facilitate the understanding by those skilled in the art, but the shape or the specific shape of the microrobot in the method of delivering or releasing cells and drugs. It is not limited by the manner.
  • microrobots 100a, 100b, and 100c which perform cell or drug delivery according to an embodiment of the present invention may be made of a non-bio-degradable material, for example. Nickel or the like is coated to impart magnetic properties, and titanium or the like is coated for bio-compatibility.
  • microrobots 100a, 100b, 100c that perform cell or drug delivery may be composed of biodegradable materials, in which case coating is performed on the surface for smooth biodegradation in vivo.
  • biodegradable materials in which case coating is performed on the surface for smooth biodegradation in vivo.
  • iron oxide nanoparticles, a biocompatible magnetic material are mixed with other biodegradable materials to form a support.
  • the magnetic material described above is a magnetic material having a certain strength and is provided with a metal which is not highly corrosive.
  • the magnetic material may be in the form of a single or mixed form of iron, cobalt or neodymium in addition to the material described above. It is also possible to coat all or part of the outer circumferential surface of the microrobot 100a, 100b, 100c to perform.
  • Microrobot (100a, 100b, 100c) for performing cell or drug delivery according to an embodiment of the present invention can be coated by a protective layer provided as a biocompatible material, such a biocompatible material is, for example, titanium, It is preferable that it is single or mixed form, such as medical stainless steel, alumina, or gold.
  • a biocompatible material such as titanium, It is preferable that it is single or mixed form, such as medical stainless steel, alumina, or gold.
  • the microrobot (100a, 100b, 100c) for performing cell or drug delivery is capable of performing therapeutic delivery for hyperthermia, iron oxide (iron oxide) on the support of the microrobot ), Including magnetic nanoparticles, generates heat by an externally applied magnetic field, triggered by heat generation, and applied to therapeutic drug delivery.
  • the iron oxide magnetic nanoparticles are arranged to generate heat by the magnetic moment therein aligned with the direction of an applied magnetic field, and the support melts by exotherm at a predetermined temperature to serve as a trigger for therapeutic drug delivery.
  • the microrobot transports the loaded drug, therapeutic agent, and the like to the target by applying a magnetic field
  • the support melts by a heat generating mechanism by applying a specific magnetic field and frequency
  • the shipped drug, the therapeutic agent is released.
  • the spherical microrobot 100d includes a spherical support and includes cells in gaps formed between the supports to culture the cells in three dimensions, and to provide a spherical microrobot.
  • the spherical support of 100d is coated at a predetermined predetermined position so that some or all of it is coated with a magnetic layer, which is cloud-moved by an external rotating magnetic field, for example, formed into micro organs 200c corresponding to the brain.
  • the spherical support structure of this spherical microrobot 100d contributes to the formation of neurites, especially in the brain model.
  • the micro-artificial organs necessary for implementing the bio-simulation system on the chip are implemented by using a microrobot so that the microrobot can be precisely positioned at a target position by a magnetic field applied from the outside through the magnetic field controller. do.
  • the microrobot 100d is formed by the interaction between the magnetic and rotating magnetic fields of the microrobot 100d without implementing a separate inlet and channel for guiding the microstructure to the artificial organ chamber for fabricating the biomimetic system chip. It is possible to load the micro organs 200b at the preset positions accurately and individually by rolling them, and to load a plurality of micro organs together.
  • the microrobot pumps 100f and 100g are disposed in the network 300 connecting the micro organs 200 constituting the living organ model, and are driven by an applied magnetic field so as to be connected to the network 300. Control the fluid flow in the vessel.
  • the microrobot pumps 100f and 100g are representative shapes, and are composed of a screw type microrobot pump 100f or a windmill type microrobot pump 100g.
  • the shape of the wing is also possible to be provided in other shapes, such as a rectangular shape, or a propeller shape.
  • the microrobot pumps 100f and 100g are formed or coated by a magnetic material (Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, etc.).
  • the magnetic material is made of a metal having a certain strength of magnetic strength and not corrosiveness.
  • a single or mixed form of nickel, iron oxide, cobalt or neodymium, or the like may be applied, and it is also possible to coat all or part of the outer surface of the microrobot pumps 100f and 100g.
  • microrobot pumps 100f and 100g are preferably coated with a protective layer whose outer surface is a biocompatible material.
  • biocompatible materials may be in the form of single or mixed, for example titanium, medical stainless steel, alumina or gold.
  • the microrobot pumps 100f and 100g according to the present invention are driven by the magnetic material of the magnetic material constituting the same and the magnetic field applied thereto, and the rotational speed or the rotational direction is changed in accordance with the magnitude or direction of the magnetic field so that the microrobot pumps 100f and 100g may operate in the network 300. It will change the velocity or direction of the fluid.
  • microrobot pumps 100f and 100g are preferably driven and fixed to the microchannel walls constituting the network 300.
  • the screw type microrobot pump 100f and the pinwheel type microrobot pump 100g determine the length, height, angle, and degree of magnetization of the threaded or pinwheel blades according to a predetermined structure and material specification, and the microrobot pump 100f, Local magnetic field applied at 100 g) selectively controls the speed and direction of fluid flow in various ways.
  • microrobot pumps 100f and 100g are shown disposed in a position adjacent to the brain 200c, the heart 200d and the pancreas 200e, but in all regions of the network 300. Over time, microrobot pumps 100f and 100g can be arranged to simulate blood flow.
  • the rotational speed of the microrobot pumps 100f and 100g is controlled slowly to maintain a low flow rate, and relatively to other micro organ models.
  • the rotational speed of the microrobot pump (100f, 100g) is controlled to achieve a high flow rate.
  • the feedback control unit for monitoring the characteristics or changes in the micro-organisms of the micro-organisms and the matching of the bio-change monitoring results according to the drug administration and the like to transmit the feedback control signal for controlling the fluid flow fluctuations do.
  • the local magnetic field control unit (a configuration for applying a local magnetic field for controlling the driving of the microrobot pump) receiving the feedback control signal (410) applies a magnetic field (410m) of which steering and intensity are changed, and the microrobot pump (100f, 100g) The rotational speed and direction are thus varied to adaptively reproduce the fluid flow.
  • the feedback controller adaptively implements the fluid velocity change by varying the rotational speeds of the microrobot pumps 100f and 100g according to the condition monitoring results of the micro organs.
  • the rotation speed of the microrobot pumps 100f and 100g is controlled slowly, and when the heart rate is faster, the rotation speed of the microrobot pumps 100f and 100g is controlled relatively quickly. It simulates physiological effects such as changes in blood flow rate according to the heart condition in the body.
  • the feedback control unit detects a physiological action such as a heartbeat through a separate imaging device or sensor, and transmits a feedback control signal to the local magnetic field control unit to change the rotation speed and direction of the microrobot pumps 100f and 100g. do. Therefore, it is possible to implement a function close to a model of a real animal and a human in the interaction due to environmental changes due to intrinsic properties of the microorganism itself or drug administration.
  • the magnetic field is applied to the entire area (420m) or locally applied (410m) to each of the divided areas (areas in which microorganisms are arranged, in which the microrobot pumps are arranged).
  • the microrobots 100a and 100b that perform drug or cell delivery are introduced into the network 300 and transferred by the magnetic field 420m applied from the global magnetic field controller 420.
  • the target is precisely controlled by the magnetic field 410m applied from the local magnetic field controller 410 to perform cell or drug delivery to a local site of the body, thereby performing a test on the biological response and effect.
  • the microrobot 100a, 100b when the microrobot 100a, 100b reaches the target, it releases the cells or drugs shipped by the magnetic field gradient or the rotating magnetic field according to the shape. do.
  • the local magnetic field control unit 410 is disposed in the area of the network or micro organs connecting between the micro organs 200.
  • the local magnetic field controller 410 includes a plurality of microcoils disposed in an outer region of the chamber in which the micro organs 200a are disposed and applying a magnetic field toward the inside of the chamber, and each local magnetic field controller 410 has independent magnetic field forming regions, and the global magnetic field controller 420 has a working space over the entire area of the biological simulation system.
  • the total magnetic field controller 420 and the local magnetic field controller 410 are magnetic field steering and magnetic field strengths for three axes (x, y, z), roll, pitch, yaw, and the like. Applying a magnetic field by varying.
  • the microrobot 100a and 100b are precisely controlled by the local magnetic field controller, and the microrobot is positioned at the position of the predetermined micro organ 200a. Are controlled and placed individually.
  • the magnetic field applied by the global magnetic field controller 420 described above is used to control the position of the microrobot for movement in the network 300.
  • the global magnetic field controller 420 applies a magnetic field 420m to a target area through position or angle control between a plurality of coils included therein.
  • the global magnetic field controller 420 precisely controls the positions of the plurality of microrobots simultaneously, and individually or collectively controls and arranges the microrobots at positions of predetermined micro organs.
  • the local magnetic field control unit 410 controls the microrobot to pass through the area according to whether or not the microorganism of the area to be disposed corresponds to the target, or the microorganism of the area to the microrobot. Precisely control the position to face.
  • the bio-supported scaffold type microrobot 100a is moved within the network 300 by magnetic field control, the pancreas 200e prior to the path to the tumor 200a in the system structure Reach the chamber area corresponding to.
  • the bio-supported scaffold type microrobot 100a passes through the corresponding region by magnetic field control.
  • the magnetic field control is performed by the local magnetic field control unit 410e disposed in the pancreas 200e region, and the bio-supported scaffold-type microrobot is applied by the magnetic field applied from the global magnetic field control unit 420 described above. 100a).
  • the local magnetic field control unit 410e disposed in the pancreas 200e does not allow the bio-supported scaffold type microrobot 100a to approach the pancreas 200e, but passes the region in the direction indicated by the arrow. It is also possible to apply a magnetic field.
  • the local magnetic field controller 410a disposed in the region is shown in FIG. Precise magnetic field control is performed on the bio-supported scaffold type microrobot 100a to control its position towards the tumor 200a and to deliver the drug.
  • the bio-supported scaffold type microrobot 100a passes through (ie, by-passes) the chamber region which is not the target, and the position is determined by the magnetic field applied from the corresponding local magnetic field controller when entering the target region. It is precisely controlled to release the drug shipped toward the target.

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Abstract

본 발명은 약물 또는 세포의 전달, 마이크로 장기의 구성, 유체 흐름의 제어를 수행하는 마이크로로봇을 기반으로 한 생체 모사 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템은 생체 장기 모델을 구성하는 마이크로 장기 사이를 연결하는 네트워크와, 네트워크 내에서 이동하여 표적 지향성 약물 또는 세포 전달을 수행하는 마이크로로봇 및 마이크로로봇의 동작을 제어하는 자기장 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템
본 발명은 약물 또는 세포의 전달, 마이크로 장기의 구성, 유체 흐름의 제어를 수행하는 마이크로로봇을 기반으로 한 생체 모사 시스템에 관한 것이다.
신약 후보 물질을 이용한 임상 실험 결과의 예측성을 향상시키고, 신약 물질 개발의 효율성을 극대화하며, 동물 실험에 대한 윤리적인 문제를 해결하기 위하여 인간 신체 모사 시스템에서의 테스트와 관련한 기술이 제안되었다.
자성 물질(마이크로로봇 포함)을 이용하여 표적지향성 치료를 임상에 바로 적용하는 것은 불가능하고, 표적지향성 치료제를 이용한 동물 실험을 바로 진행하는 경우 재현성이 낮고, 동물인 관계로 임상에서의 효과를 정확히 예측하지 못하는 문제점이 있다.
인체 신체 모사 칩(Human-on-a chip 또는 Body-on-a chip)은 동물 실험에 대한 윤리적인 문제를 해결하고, 임상 효과에 대한 예측의 정확도를 개선하기 위하여 제안된 기술이나, 임상, 동물 실험 전 신체와 비슷한 생리학적 환경에서 마이크로로봇 기반 표적 지향성 치료를 테스트할 수 있는 체외 테스트 플랫폼은 전무한 상황이다.
세포 배양 및 미세 유체 기술을 적용하여 실제 인간의 몸에 최대한 가까운 체외 시스템을 작은 칩 상에서 구현하는 것으로, 화학물질 및 의약품에 대한 신체 내 생리적 반응에 대한 정밀 예측이 가능한 기술로서, 동물 실험을 대체할 수 있는 기술로 평가된다.
종래 기술에 따르면 인간 신체 모사 칩 제작 기술 분야에 있어서, 첫 번째 문제점으로는 투입구 및 채널을 구비하여야 함에 따라, 시스템 자체를 구현하기에 공정상 한계가 있고, 두 번째 문제점으로는 항시 변동되는 생체 환경에 대한 모사 신뢰성을 확보하기 어렵다.
전술한 첫 번째 문제점과 관련하여, 종래 기술에 따르면 미세 조직을 인공 장기 챔버까지 인도하기 위하여, 유체 흐름을 위한 인렛(inlet) 및 아울렛(outlet) 외 추가적으로 투입구 및 채널이 구현되어야 하는데, 이는 공정이 복잡하고 마이크로 인공 장기의 위치에 대한 정밀 제어가 어려운 문제점이 있다.
전술한 두 번째 문제점과 관련하여, 종래 기술에 따른 인체 신체 모사 칩은 시스템 내부에서의 유체 속도 변화 등 다양한 환경을 구현하기 위하여 외부 펌프가 적용되는데, 이는 전체 시스템에 대하여 일 방향으로만 유체를 흐르게 할 수 있어 생체 모사 환경을 구현하기 어려운 한계점이 있다. 또한, 외부 펌프를 적용하는 경우, 목적하는 특정 부위에 마이크로 장기를 도킹시키는 것이 어려운 문제점이 있다.
전술한 문제점을 보완하기 위하여, 시스템 내에서 공기압 및 물리적 압력 등으로 제어되는 밸브들을 설치하는 방안이 제안되었으나, 이는 밸브 설치에 따라 시스템 구조의 복잡성이 증가하고, 생체 모사 재현성 또한 확보되지 못하는 문제점을 여전히 내포하고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 마이크로로봇(micro-/nano-robots, micro-/nano particles등을 포함한 표적지향성 치료를 위한 자성 치료제 전달체)을 이용한 표적지향성 치료를 임상 전에 테스트 할 수 있는 마이크로로봇 기반 표적지향성 치료제 체외테스트 플랫폼을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
즉, 자기장에 의하여 구동이 제어되는 마이크로로봇을 생체 모사 시스템에 집적하여, 세포 또는 약물을 이용한 체내 목적 지향형 치료 개발을 위한 생체 모사 시스템을 구현함으로써, 혈류 흐름 속에서의 표적지향성 치료제 전달체를 구동시켜, 표적질병 부분으로 약물 또는 세포를 전달함에 따른 효과와 표적질병 부분 이외의 다른 조직/장기들에 대한 치료제의 종합적인 영향 등을 테스트하는 것이 가능한 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 마이크로 인공 장기의 위치에 대하여 정밀하고도 선택적인 제어가 가능하며, 세포 또는 약물 이용에 따른 생체 환경 변화에 따라, 네트워크에 대하여 선택적, 적응적인 유체 제어가 가능하도록 함으로써, 특정 신체 장기들 간의 상호 작용 등에 관한 역동적인 환경을 구현하는 것이 가능한 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일면에 따른 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템은 생체 장기 모델을 구성하는 마이크로 장기 사이를 연결하는 네트워크와, 네트워크 내에서 이동하여 표적 지향성으로 약물 또는 세포 전달을 수행하는 마이크로로봇 및 마이크로로봇의 동작을 제어하는 자기장 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템은 생체 모사 시스템 내에서 상호 연결된 여러 신체 장기 모델들의 네트워크 내에서 체내 국소부위로 약물 또는 세포 전달을 수행함으로써, 신규 의약품에 대한 생리적 반응 및 효과를 모니터링하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 외부에서 인가되는 자기장에 의하여 마이크로로봇이 이동되므로, 미세 조직을 인공 장기 챔버로 인도시키기 위한 추가적인 입구와 채널의 구현이 불필요하고, 3차원 배양된 세포를 포함하여 다양한 인공 장기를 구성하는 마이크로로봇의 위치를 정밀 제어하여 목표하는 타겟 위치에 정확히 로딩하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 자기장에 의해 구동되는 마이크로로봇 펌프를 이용하여, 펌프의 회전 속도 및 회전 방향을 변화시켜 네트워크 내에서 유속 및 방향 변화를 선택적으로 제어함으로써, 외부 펌프나 밸브를 구비하지 아니하고도 선택적이고 자유로운 유체 제어 수행이 가능하여, 마이크로 장기의 특징과 생리적인 상태 변화에 부합하도록 유체 흐름(즉, 혈류)을 모사하는 것이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 자기장 제어부를 이용하여 생체 모사 시스템의 전 영역 또는 국부적인 영역에 자기장을 형성함으로써, 네트워크 내에서의 마이크로로봇의 이동, 해당 마이크로 장기 챔버 내에서의 미세 이동에 관한 구동 제어가 용이한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전체 자기장 제어 및 국부 자기장 제어를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전체 자기장 제어부 및 국부 자기장 제어부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 국부 자기장 제어부의 마이크로로봇 정밀 제어 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템을 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템은 생체 장기 모델을 구성하는 마이크로 장기(organ, 200)를 연결하는 네트워크(300), 네트워크(300) 내에 투입되어 자기장에 의해 이송되어 표적 지향하여 약물 또는 세포 전달을 수행하는 마이크로로봇(100a, 100b, 100c) 및 마이크로로봇의 동작을 제어하는 자기장 제어부를 포함한다.
마이크로 장기는 종양(tumor)를 포함하는 것으로, 200a는 종양(tumor)을, 200b는 간(liver)을, 200c는 뇌(brain)를, 200d는 심장(cardiac)을, 200e는 췌장(pancreas)을 도시한다.
생체 모사 시스템에서 네트워크(300)는 각각의 마이크로 장기(200a 내지 200e)간의 생물학적 인터랙션을 위한 채널이다.
예컨대 마이크로 장기인 간(200b)에 대하여 개발된 약물이 투여된 경우, 그 약물 투여에 의하여 다른 마이크로 장기인 심장(200d)에 어떠한 영향을 미치는지에 관한 생물학적 인터랙션이 가능하다.
세포(Cell) 또는 약물(drug) 전달을 위한 마이크로로봇은 생체 지지형 스캐폴드 타입, 캡슐 타입, 나선형 스캐폴드 타입 등으로 형성되는 것이 가능하며, 이는 당업자의 이해를 돕기 위하여 서술하는 타입의 예로서, 본 발명의 마이크로로봇의 형상에 대한 범주가 제한되는 것은 아니다.
당업자의 이해를 돕기 위하여, 본 발명의 실시예에서는 그 예로서 도 1에 도시된 바와 같이, 세포(Cell) 또는 약물(drug) 전달을 위한 마이크로로봇(100a, 100b)이 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(scaffold type, 100a), 캡슐 타입 마이크로로봇(100b)으로 구성됨을 예를 들어 서술한 것으로, 마이크로로봇은 보다 큰 추진력을 확보하기 위하여 corkscrew motion동작하는 나선형 스캐폴드(Helical scaffold) 타입 마이크로로봇(100c)으로 형성될 수 있다.
생체 지지형 또는 캡슐형으로 구비되는 마이크로로봇(100a, 100b, 100c)은 약물 또는 세포를 선적하고, 외부로부터 인가되는 자기장에 의하여 네트워크(300) 내에서 타겟(target) 마이크로 장기로 정확하게 이동되어, 약물 또는 세포를 방출한다.
마이크로로봇이 생체 지지형 스캐폴드 타입인 경우(100a), 그 구성은 내부에 상호 간격을 두어 형성되는 지지체를 구비하게 되는 바, 다수 개의 간극이 형성되며 이러한 간극을 통해 내부 공간에는 세포가 3차원 배양되거나 약물이 저장된다.
생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)은 3차원 입체 구조의 다공성 생체 지지체(bio-scaffold)로서, 육면체형, 원통형, 타원구형, 다면체형 또는 원뿔형으로 구성되는 것이 가능하다. 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇의 형상은 전술한 형상에 의해 한정되는 것이 아니며, 그 외에도 다양한 형상으로 구성됨이 가능하다.
일례로서, 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)은 광경화 폴리머를 이용하여 리소그래피 방식으로 제조됨에 따라, 생체 모사 시스템의 네트워크(300) 내에서 세포 또는 약물 전달이 용이한 마이크로 크기의 3차원 구조 다공성 생체 지지형 스캐폴드 타입으로 형성된다.
이러한 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)은 다공성 지지체로서, 간극을 구비하는 지지체의 내부 공간에 3차원 배양 세포 또는 약물을 선적하여 네트워크(300) 내에서 이동한다.
캡슐 타입 마이크로로봇(100b)은 도 1에 도시한 바와 같이, 약물 또는 세포를 선적하는 선적부(cap)와 그에 연결되어 자기장에 의해 회전하는 추력부(plunger)를 포함하여, 회전 자기장 (Rotating magnetic field)의 방향에 따라 선적된 세포 및 약물의 이송 또는 방출이 가능하며, 이동하는 과정에서 발생되는 손실 방지를 위하여 선적부를 봉인하는 것이 바람직하다.
마이크로로봇(100)을 타겟 마이크로 장기까지 이동 시킨 후 세포 및 약물을 방출하는 것은 자기장 제어부(국부 자기장 제어부를 도면 부호 410으로 도시, 글로벌 자기장 제어부를 도면 부호420으로 도시)에서 발산되는 자기장에 의하여 수행되는데, 본 발명의 실시예를 서술함에 있어서는 당업자의 이해를 돕기 위하여 생체 지지형 스캐폴드 타입 및 캡슐 타입을 그 형상의 예로 들고 있으나, 세포 및 약물을 전달 또는 방출 방식에 있어서 마이크로로봇의 형상 또는 특정 방식에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 세포 또는 약물 전달을 수행하는 마이크로로봇(100a, 100b, 100c)은 그 일례로서, Non-bio-degradable 재료로 구성되는 것이 가능한데, 이 경우 지지체를 형성한 후 그 표면에 대하여 자성을 부여하기 위하여 니켈 등이 코팅되고, 생체 적합성(Bio-compatibility)을 위하여 티타늄 등이 코팅된다.
또 다른 예로서, 세포 또는 약물 전달을 수행하는 마이크로로봇(100a, 100b, 100c)은 생분해성(Bio-degradable) 재료로 구성되는 것이 가능한데, 이 경우 생체 내에서 원활한 생분해를 위해 표면에 코팅이 수행되지 않고, Biocompatible magnetic material인 iron oxide 나노 입자를 다른 생분해성 재료와 함께 섞어, 지지체를 구성한다.
전술한 자성 재료는 일정 세기의 자성을 띄며, 부식성이 크지 않은 금속으로 구비되는 것으로, 그 예로서 전술한 재료 외에 철, 코발트 또는 네오디뮴 등의 단독 또는 혼합 형태인 것이 가능하며, 세포 또는 약물 전달을 수행하는 마이크로로봇(100a, 100b, 100c)의 외주면 전체 또는 일부에 코팅되는 것 역시 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 세포 또는 약물 전달을 수행하는 마이크로로봇(100a, 100b, 100c)은 생체 적합성 재료로 구비되는 보호층에 의하여 코팅되는 것이 가능하며, 이러한 생체 적합성 재료는 예를 들어 티타늄, 의료용 스테인리스 스틸, 알루미나 또는 금 등의 단독 또는 혼합 형태인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 세포 또는 약물 전달을 수행하는 마이크로로봇(100a, 100b, 100c)은 고온치료(hyperthermia)를 위한 치료제 전달을 수행하는 것이 가능한데, 마이크로로봇의 지지체에 산화철(iron oxide) 자성 나노입자를 포함하여, 외부로부터 인가되는 자기장에 의해 발열을 일으켜, 열발생으로 인해 트리거(trigger)되어 치료 약물 전달에 적용된다.
즉, 산화철 자성 나노입자는 인가된 자기장 방향에 의해, 내부의 마그네틱 모멘트가 정렬되어 열을 발생시키고, 지지체는 기설정된 온도에서 발열에 의해 녹아 치료 목적 약물 전달의 트리거 역할을 수행하는 것이다.
이러한 실시예에 따르면, 마이크로로봇은 선적된 약물, 치료제 등을 자기장 인가에 의해 타겟까지 이송시키고, 특정 자기장 및 주파수 인가에 의해 열발생 기작으로 그 지지체가 녹고, 선적된 약물, 치료제가 방출된다.
도 1의 뇌(200c)와 관련하여 도시한 바와 같이, 구형 마이크로로봇(100d)은 구 형상 지지체를 포함하고, 지지체 사이에 형성된 간극 내에 세포를 구비하여 3차원으로 세포를 배양하고, 구형 마이크로로봇(100d)의 구 형상 지지체는 그 일부 또는 전체가 자성층으로 코팅되어, 외부 회전 자기장에 의하여 구름 이동되어, 예컨대 뇌에 해당하는 마이크로 장기(200c)로 형성되도록, 목표된 기설정 위치에 로딩된다. 이러한 구형 마이크로로봇(100d)의 구 형상 지지체 구조는 특히 뇌 모델의 경우, 신경돌기(neurite) 형성에 기여한다.
본 발명에 따르면, 생체 모사 시스템을 칩 상에 구현함에 있어서 필요한 마이크로 인공 장기들을 마이크로로봇을 이용하여 구현함으로써, 자기장 제어부를 통해 외부로부터 인가되는 자기장에 의해, 마이크로로봇을 목표한 위치에 정밀 배치하게 된다.
따라서, 생체 모사 시스템 칩 제작을 위하여 미세 조직을 인공 장기 챔버까지 인도하는 별도의 입구 및 채널을 구현하지 아니하고도, 마이크로로봇(100d)이 지니는 자성 및 회전 자기장의 상호 작용에 의하여 마이크로로봇(100d)을 회전시켜, 구름 이동을 통해 기설정 위치에 마이크로 장기(200b)가 정확히 개별적으로 로딩(loading)되도록 하며, 다수의 마이크로 장기를 함께 로딩(loading)시키는 것이 가능하다.
이하에서는 도 1을 참조하여, 본 발명의 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)의 구동을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)는 생체 장기 모델을 구성하는 마이크로 장기(200)를 연결하는 네트워크(300) 내에 배치되어, 인가되는 자기장에 의해 구동되어 네트워크(300) 내의 유체 흐름을 제어한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)는 그 대표적인 형상으로서, 나사선(Screw) 타입 마이크로로봇 펌프(100f) 또는 바람개비(Windmill) 타입 마이크로로봇 펌프(100g)로 구성된다.
본 발명의 실시예에서 도시하는 바람개비 형태는 그 날개의 모양이 사각형 형상이나, 프로펠러 모양 등 다른 형상으로 구비되는 것 역시 가능하다.
마이크로로봇 펌프(100f, 100g)는 자성 재료(Fe2O3, Fe3O4 등)에 의하여 형성되거나 코팅되는데, 이러한 자성 재료는 일정 세기의 자성을 띠며, 부식성이 크지 않은 금속으로 구비된다.
그 예로서 전술한 재료 외에 니켈, 산화철, 코발트 또는 네오디뮴 등의 단독 또는 혼합 형태가 적용될 수 있고, 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)의 외면 전체 또는 일부에 코팅되는 것 역시 가능하다.
또한, 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)는 그 외면이 생체적합성 재료인 보호층에 의하여 코팅되는 것이 바람직하다.
이러한 생체 적합성 재료는 예를 들어 티타늄, 의료용 스테인리스 스틸, 알루미나 또는 금 등의 단독 또는 혼합 형태가 될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)는 그를 구성하는 자성 재료의 자성과, 인가되는 자기장에 의하여 구동되며, 자기장의 크기 또는 방향에 따라 회전 속도 또는 회전 방향이 변화되어 네트워크(300) 내의 유체의 속도 또는 방향을 변화시키게 된다.
이러한 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)는 네트워크(300)를 구성하는 마이크로 채널 벽면에 고정되어 구동됨이 바람직하다.
나사선 타입 마이크로로봇 펌프(100f) 및 바람개비 타입 마이크로로봇 펌프(100g)는 기설정된 구조 및 재료학적 스펙에 따라 나사산 또는 바람개비 날개의 길이, 높이, 각도 및 자화 정도가 결정되며, 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)로 인가되는 국부 자기장에 의해 유체 흐름의 속도와 방향을 다양하게 선택적으로 제어한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)가 뇌(200c), 심장(200d), 췌장(200e)에 인접한 위치에 배치된 것으로 도시되나, 네트워크(300)의 전 영역에 걸쳐 필요에 따라 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)가 배치되어 혈류 흐름을 모사하는 것이 가능하다.
이를 통해 복잡한 구성의 외부 펌프 또는 밸브의 구성을 구비하지 아니하고도, 생체 모사 시스템의 네트워크(300), 즉 마이크로 채널 내에서의 다양한 유체 흐름 및 생리작용의 구현을 모사하는 것이 가능하다.
예를 들어 실제로 유체 이동 속도가 현저히 낮은 뇌 마이크로 장기(200c) 부분에서는 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)의 회전 속도가 느리게 제어되어 낮은 유동 속도를 유지하고, 그 외 다른 마이크로 장기 모델들에게는 상대적으로 빠른 유동 속도가 되도록 마이크로로봇 펌프((100f, 100g)의 회전 속도를 제어한다.
본 발명에 따르면, 마이크로 장기의 특성 또는 생체 변화를 모니터링하는 피드백 제어부는 마이크로 장기의 고유 특성에 대한 데이터 및 약물 투여 등에 따른 생체 변화 모니터링 결과를 매칭하여, 유체 흐름을 변동 제어하는 피드백 제어 신호를 전송한다.
피드백 제어 신호를 전송 받은 국부 자기장 제어부(마이크로로봇 펌프의 구동을 제어하는 국부 자기장을 인가하는 구성, 410)는 조향 및 세기를 변경한 자기장(410m)을 인가하고, 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)는 그에 따라 회전 속도 및 방향이 가변되어 유체 흐름을 적응적으로 재현하게 된다.
피드백 제어부는 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)의 회전 속도를 마이크로 장기의 상태 모니터링 결과에 따라 가변시켜 유체 속도 변화를 적응적으로 구현한다.
예를 들어 심장 모델(200d)의 심박수가 낮아지면 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)의 회전 속도를 느리게 제어하고, 심박수가 빨라지면 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)의 회전 속도를 상대적으로 빠르게 제어함으로써, 실제 신체 내에서의 심장 상태에 따른 혈류량 속도 변화와 같은 생리 작용을 모사한다.
본 발명에 따르면 피드백 제어부는 심장 박동과 같은 생리적인 작용을 별도의 영상 장치 또는 센서를 통해 탐지하고, 마이크로로봇 펌프(100f, 100g)의 회전 속도 및 방향 변화를 위해 국부 자기장 제어부로 피드백 제어 신호를 전송한다. 따라서, 마이크로 장기 자체의 고유 특성 또는 약물 투여 등에 따른 환경 변화에 의한 인터랙션에 있어서, 실제 동물 및 인간의 모델과 근접한 기능으로 구현하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자기장은 전체 영역에 대하여 인가되거나(420m), 각각 구분된 영역(마이크로 장기가 배치된 영역, 마이크로로봇 펌프가 배치된 영역)에 국부적으로 인가된다(410m).
도 3 및 도 4를 참조하면, 약물 또는 세포 전달을 수행하는 마이크로로봇(100a, 100b)은 네트워크(300) 내부에 투입되어, 글로벌 자기장 제어부(420)로부터 인가되는 자기장(420m)에 의해 이송되고, 타겟에 도달하면 국부 자기장 제어부(410)로부터 인가되는 자기장(410m)에 의해 정밀 제어되어 체내 국소부위에 대한 세포 또는 약물 전달을 수행하여 생체 반응 및 효과에 대한 테스트를 수행한다.
전술한 바와 같이, 마이크로로봇(100a, 100b)이 타겟에 도달하게 되면, 그 형상에 따라 기설정된 자기장 기울기(magnetic field gradient) 또는 회전 자기장(rotating magnetic field)에 의하여 선적한 세포 또는 약물을 방출하게 된다.
국부 자기장 제어부(410)는 마이크로 장기(200) 사이를 연결하는 네트워크 또는 마이크로 장기의 영역에 배치된다.
도 4를 참조하면, 국부 자기장 제어부(410)는 마이크로 장기(200a)가 배치되는 챔버의 외부 영역에 배치되어, 챔버 내부를 향하여 자기장을 인가시키는 복수의 마이크로코일을 포함하며, 각각의 국부 자기장 제어부(410)는 상호 독립된 자기장 형성 영역을 가지고, 글로벌 자기장 제어부(420)는 생체 모사 시스템 전 영역에 걸쳐 워킹 스페이스를 가진다.
전체 자기장 제어부(420) 및 국부 자기장 제어부(410)는 해당 영역에 대하여, 3축(x, y, z), 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw)에 대한 자기장 조향 및 자기장 세기를 가변하여 자기장을 인가하게 된다.
국부 자기장 제어부(410)가 국부적으로 개별 자기장을 형성하는 경우, 네트워크(300)를 통해 이송되는 마이크로로봇(100a, 100b)의 위치를 정밀 제어하여, 기설정된 마이크로 장기(200a)의 위치에 마이크로로봇을 개별적으로 제어하여 배치시킨다.
네트워크(300) 내에서의 이동을 위한 마이크로로봇의 위치 제어에는 전술한 글로벌 자기장 제어부(420)에 의해 인가되는 자기장이 이용된다.
글로벌 자기장 제어부(420)는 그에 포함되는 복수의 코일 간의 위치 또는 각도 제어를 통하여, 목표하는 영역에 대하여 자기장(420m)을 인가시키게 된다.
이러한 글로벌 자기장 제어부(420)는 복수 개의 마이크로로봇의 위치를 동시에 정밀 제어하여, 기설정된 마이크로 장기의 위치에 마이크로로봇을 개별 또는 일괄적으로 제어하여 배치시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 국부 자기장 제어부(410)는 배치되는 영역의 마이크로 장기가 타겟에 해당하는지 여부에 따라, 마이크로로봇에 대하여 해당 영역을 통과하도록 제어하거나, 마이크로로봇에 대하여 해당 영역의 마이크로 장기를 향하도록 그 포지션을 정밀 제어한다.
이하에서는 당업자의 이해를 돕기 위하여, 타겟인 종양(200a)에 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)을 이용하여 약물을 방출하는 상황을 가정하여 본 실시예에 대하여 설명한다.
도 5(a)를 참조하면, 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)은 자기장 제어에 의해 네트워크(300) 내에서 이동하는데, 시스템 구조 상 종양(200a)으로 가는 경로에 앞서 췌장(200e)에 해당하는 챔버 영역에 도달한다.
이 때, 가정한 바와 같이 췌장(200e)은 타겟에 해당하지 아니하므로, 자기장 제어에 의해 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)은 해당 영역을 통과한다.
이 때의 자기장 제어는 췌장(200e) 영역에 배치된 국부 자기장 제어부(410e)가 오프(off)되고, 전술한 글로벌 자기장 제어부(420)로부터 인가되는 자기장에 의해 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)을 이송시키는 것이다.
또한, 췌장(200e) 영역에 배치된 국부 자기장 제어부(410e)가 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)을 췌장(200e)을 향해 접근시키지 아니하고, 해당 영역을 화살표로 도시한 방향에 따라 통과하도록 자기장을 인가하는 것 역시 가능하다.
도 5(b)를 참조하면, 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)이 타겟인 종양(200a) 영역에 진입하게 되면, 해당 영역에 배치된 국부 자기장 제어부(410a)는 도시한 바와 같이, 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)에 대한 정밀 자기장 제어를 수행하여 종양(200a)을 향해 그 포지션을 제어하고, 약물을 전달하도록 제어한다.
따라서, 생체 지지형 스캐폴드 타입 마이크로로봇(100a)은 타겟이 아닌 챔버 영역에 대하여는 통과(즉, by-pass)하고, 타겟 영역으로 진입하는 경우 해당 국부 자기장 제어부로부터 인가되는 자기장에 의해 그 포지션이 정밀 제어되어, 타겟을 향해 선적한 약물을 방출한다.
이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 생체 장기 모델을 구성하는 마이크로 장기 사이를 연결하는 네트워크;
    상기 네트워크 내에서 이동하여 표적 지향성 약물 또는 세포 전달을 수행하는 마이크로로봇; 및
    상기 마이크로로봇의 동작을 제어하는 자기장 제어부
    를 포함하는 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로로봇은 생체 지지형 스캐폴드 타입으로, 간극을 구비하는 지지체를 포함하고, 내부 공간에 3차원 배양 세포 또는 약물을 선적하여 이송하는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로로봇은 캡슐 타입으로, 약물 또는 세포를 선적하는 선적 부와, 상기 선적부와 연결되어 자기장에 의해 회전하는 추력부를 포함하고, 타겟에 도달하면 회전 자기장에 의하여 상기 선적부로부터 상기 약물 또는 세포를 방출하는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로로봇은 나선형 스캐폴드 타입인 것
    을 특징으로 하는 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로로봇은 지지체에 형성된 간극 내부에 목표하는 장기와 관련된 세포를 포함하여 상기 마이크로 장기를 형성하고, 상기 네트워크 내에 투입되고 자기장에 의해 이동하여 기설정 위치에 로딩되는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 제어부는 생체 모사 시스템의 전체 영역에 대하여 외부 자기장을 인가시키는 글로벌 자기장 제어부와, 상기 마이크로 장기가 배치되는 영역에 대하여 개별적으로 자기장을 인가시키는 국부 자기장 제어부를 포함하는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 국부 자기장 제어부는 상기 마이크로 장기가 배치되는 챔버의 외부 영역에 배치되어, 챔버 내부를 향해 자기장을 인가시키는 복수의 마이크로코일을 포함하고, 상기 마이크로 장기가 타겟에 해당하는지 여부에 따라 상기 마이크로로봇에 대하여 해당 영역을 통과하도록 제어하거나, 타겟에 해당하는 상기 마이크로 장기를 향하도록 상기 마이크로로봇의 포지션을 개별적으로 정밀 제어하는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 글로벌 자기장 제어부는 복수의 상기 마이크로로봇의 위치를 동시에 제어하여, 기설정된 상기 마이크로 장기의 위치에 상기 마이크로로봇을 일괄적으로 배치시키는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    자기장에 의해 회전 속도 또는 방향을 변화시켜 상기 네트워크 내의 유체 흐름을 제어하는 마이크로로봇 펌프
    를 더 포함하는 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로로봇 펌프는 상기 네트워크를 구성하는 마이크로 채널 벽면에 고정되는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로로봇 펌프는 나사산, 바람개비 또는 프로펠러 타입으로 형성되고, 나사산 또는 날개의 길이, 높이, 각도 및 자화 정도에 따라 구동되어 유체의 유속 또는 방향을 가변시키는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 장기의 특성 또는 생체 변화를 모니터링하는 피드백 제어부를 더 포함하고,
    상기 마이크로로봇 펌프는, 상기 피드백 제어부로부터 모니터링 결과에 따른 혈류 모사 제어 신호에 의해 변동되는 자기장에 의해 회전 속도 또는 회전 방향을 가변시키는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  13. 마이크로 장기를 연결시키는 네트워크;
    자기장 제어에 의해 상기 네트워크 내에서 이송되어, 타겟을 향해 약물 또는 세포를 전달하는 마이크로로봇;
    나사산, 바람개비 또는 프로펠러 타입으로 형성되고, 자기장 인가에 의해 그 회전 속도 및 방향을 가변시켜 회전 운동하는 마이크로로봇 펌프; 및
    외부 자기장을 인가하여 상기 네트워크 내에서 상기 마이크로로봇을 이송시키는 글로벌 자기장 제어부;
    상기 마이크로 장기가 배치되는 챔버의 외부에서, 그 내부를 향해 자기장을 인가시키는 복수의 마이크로코일을 포함하고, 상기 마이크로 장기가 상기 타겟에 해당하는 경우 정밀 자기장 제어를 통해 상기 타겟을 향한 상기 마이크로로봇의 동작을 제어하고, 상기 마이크로 장기가 상기 타겟에 해당하지 않는 경우 오프(off)되거나, 자기장을 인가하여 상기 마이크로로봇이 상기 마이크로 장기의 영역을 통과하도록 제어하고, 상기 마이크로로봇 펌프의 회전 구동을 제어하는 자기장을 인가시키는 국부 자기장 제어부;
    상기 마이크로로봇 펌프의 동작을 제어하는 상기 국부 자기장 제어부로 혈류 상태 모사에 대한 피드백 제어 신호를 전송하는 피드백 제어부
    를 포함하는 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 마이크로로봇은 간극이 형성된 지지체 내부에 장기 세포를 포함하고, 기설정된 위치로 이송 및 로딩되어 상기 마이크로 장기를 형성하는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 피드백 제어부는 상기 마이크로 장기의 고유 특성에 대한 데이터 및 약물 투여에 따른 생체 변화 모니터링 결과를 매칭하여, 상기 네트워크 내에서의 유체 흐름을 변동 제어하는 상기 피드백 제어 신호를 전송하고, 이를 전송받은 상기 국부 자기장 제어부는 조향 및 세기를 변경한 자기장을 상기 마이크로로봇 펌프에 인가하는 것
    인 마이크로로봇 기반 생체 모사 시스템.
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