초정밀 3D 프린팅으로 구현한 바늘 없는 주사기 프로토타입, 제트 속도 200 m/s 달성
작성자: Laura Galloway | 날짜: 2025년 12월 9일
자료 제공: Saskia Sichermann, Samuel Cruz Vanegas, Rubén Ramos García (INAOE 광학부)
소개 (Introduction)
멕시코 국립 천체물리학, 광학 및 전자공학 연구소(INAOE)의 연구진은 고속 액체 제트(jet)를 사용하여 피부를 통해 약물을 전달할 수 있는 '바늘 없는 주사기(Needle-free Injector)'를 개발하고 있습니다.
사람의 피부를 성공적으로 침투하기 위해서는 이 제트의 속도가 약 150 m/s에 도달해야 합니다. 그러나 연구팀이 기존에 보유한 적층 제조(Additive Manufacturing) 장비로는 안정적인 고속 제트 생성에 필요한 매끄럽고 정밀한 내부 구조를 제작할 수 없었습니다.
과제 (Challenge)
이 프로토타입은 유체가 가속되어 빠져나가는 500 µm 직경의 원통형 출구 노즐에 의존합니다.
여기서 내벽의 매끄러움(smoothness)은 매우 중요합니다. 표면 거칠기에 마이크로미터(µm) 단위의 미세한 오차만 있어도 제트가 불안정해지고, 속도가 제한되며, 일관된 피부 침투를 방해할 수 있습니다. INAOE의 자체 3D 프린팅 기술로는 기능 테스트에 필요한 표면 품질을 갖춘 이러한 미세 구조를 구현할 만큼의 높은 해상도를 확보할 수 없었습니다.
적용 분야 (Application)
목표는 경피 약물 전달(Transdermal Drug Delivery)에 적합한 안정적이고 빠른 속도의 제트를 생성할 수 있는 마이크로미터 단위의 출구(exit)를 제작하는 것이었습니다. 이렇게 작은 채널 내부에서 반복 가능하고 매끄러운 내부 표면을 구현하는 것이 성능 확보를 위한 가장 큰 장벽이었습니다.
초정밀 기술을 통한 성능 실현
(Unlocking Performance Through Micro-Precision)
연구팀은 Boston Micro Fabrication (BMF)의 초정밀 3D 프린팅 플랫폼으로 눈을 돌려, PµSL(Projection Micro Stereolithography) 기술을 활용했습니다.
매우 높은 해상도, 뛰어난 표면 조도(smoothness), 그리고 소재의 투명도(clarity)를 구현하는 BMF의 프린팅 능력 덕분에 주사기의 가장 핵심적인 부품을 성공적으로 제조할 수 있었습니다. 이는 연구팀이 연구의 성능 요구 사항을 충족할 수 있는 치수 정확도와 매끄러운 내벽을 가진 노즐을 생산한 첫 사례였습니다.
위 (INAOE 자체 프린팅): 제트가 불규칙하게 분산됨
아래 (BMF 3D 프린터 제작): 제트가 곧고 안정적으로 분사됨
공정 (Process)
연구진은 다음 사항을 중점적으로 고려하여 설계를 BMF에 생산 의뢰했습니다.
- 균일하고 반복 가능한 형상을 가진 500 µm 직경의 원통형 출구
- 제트의 안정성을 촉진하기 위한 초고도(Ultra-smooth) 내부 표면
- 평가 및 시각화를 지원하기 위한 소재의 투명도
BMF는 여러 개의 프로토타입을 프린팅하여, INAOE의 기존 장비로 제작된 부품과 직접 비교할 수 있도록 했습니다.
결과 (Results)
향상된 프린팅 해상도와 표면 품질이 미친 영향은 즉각적이고 극적이었습니다.
| INAOE 자체 프린팅 부품 | BMF 프린팅 부품 |
| 최대 속도 약 30 m/s | 최대 속도 200 m/s (동일 에너지) |
BMF로 프린팅된 부품을 사용함으로써, 프로토타입은 인간 피부 침투에 필요한 임계치인 150 m/s를 넘어섰습니다. 이는 기존의 제조 방식으로는 도달할 수 없다고 여겨졌던 성과입니다. 향상된 성능 덕분에 이제 다양한 피부 층에 대한 침투 깊이, 약물 전달량, 제트 안정성을 조사하는 후속 연구를 진행할 수 있게 되었습니다.
Translated by Headquarters Article Expert
초정밀 3D 프린팅으로 구현한 바늘 없는 주사기 프로토타입, 제트 속도 200 m/s 달성
작성자: Laura Galloway | 날짜: 2025년 12월 9일
자료 제공: Saskia Sichermann, Samuel Cruz Vanegas, Rubén Ramos García (INAOE 광학부)
소개 (Introduction)
멕시코 국립 천체물리학, 광학 및 전자공학 연구소(INAOE)의 연구진은 고속 액체 제트(jet)를 사용하여 피부를 통해 약물을 전달할 수 있는 '바늘 없는 주사기(Needle-free Injector)'를 개발하고 있습니다.
사람의 피부를 성공적으로 침투하기 위해서는 이 제트의 속도가 약 150 m/s에 도달해야 합니다. 그러나 연구팀이 기존에 보유한 적층 제조(Additive Manufacturing) 장비로는 안정적인 고속 제트 생성에 필요한 매끄럽고 정밀한 내부 구조를 제작할 수 없었습니다.
과제 (Challenge)
이 프로토타입은 유체가 가속되어 빠져나가는 500 µm 직경의 원통형 출구 노즐에 의존합니다.
여기서 내벽의 매끄러움(smoothness)은 매우 중요합니다. 표면 거칠기에 마이크로미터(µm) 단위의 미세한 오차만 있어도 제트가 불안정해지고, 속도가 제한되며, 일관된 피부 침투를 방해할 수 있습니다. INAOE의 자체 3D 프린팅 기술로는 기능 테스트에 필요한 표면 품질을 갖춘 이러한 미세 구조를 구현할 만큼의 높은 해상도를 확보할 수 없었습니다.
적용 분야 (Application)
목표는 경피 약물 전달(Transdermal Drug Delivery)에 적합한 안정적이고 빠른 속도의 제트를 생성할 수 있는 마이크로미터 단위의 출구(exit)를 제작하는 것이었습니다. 이렇게 작은 채널 내부에서 반복 가능하고 매끄러운 내부 표면을 구현하는 것이 성능 확보를 위한 가장 큰 장벽이었습니다.
초정밀 기술을 통한 성능 실현
(Unlocking Performance Through Micro-Precision)
연구팀은 Boston Micro Fabrication (BMF)의 초정밀 3D 프린팅 플랫폼으로 눈을 돌려, PµSL(Projection Micro Stereolithography) 기술을 활용했습니다.
매우 높은 해상도, 뛰어난 표면 조도(smoothness), 그리고 소재의 투명도(clarity)를 구현하는 BMF의 프린팅 능력 덕분에 주사기의 가장 핵심적인 부품을 성공적으로 제조할 수 있었습니다. 이는 연구팀이 연구의 성능 요구 사항을 충족할 수 있는 치수 정확도와 매끄러운 내벽을 가진 노즐을 생산한 첫 사례였습니다.
아래 (BMF 3D 프린터 제작): 제트가 곧고 안정적으로 분사됨
공정 (Process)
연구진은 다음 사항을 중점적으로 고려하여 설계를 BMF에 생산 의뢰했습니다.
BMF는 여러 개의 프로토타입을 프린팅하여, INAOE의 기존 장비로 제작된 부품과 직접 비교할 수 있도록 했습니다.
결과 (Results)
향상된 프린팅 해상도와 표면 품질이 미친 영향은 즉각적이고 극적이었습니다.
BMF로 프린팅된 부품을 사용함으로써, 프로토타입은 인간 피부 침투에 필요한 임계치인 150 m/s를 넘어섰습니다. 이는 기존의 제조 방식으로는 도달할 수 없다고 여겨졌던 성과입니다. 향상된 성능 덕분에 이제 다양한 피부 층에 대한 침투 깊이, 약물 전달량, 제트 안정성을 조사하는 후속 연구를 진행할 수 있게 되었습니다.