피에조 기술, 백신 패치 생산에 큰 역할을 하다
피에조 기술, 백신 패치 생산에 큰 역할을 하다
  • 신현성 기자
  • 승인 2020.07.10 09:34
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백신 접종은 바이러스나 박테리아 감염의 중요한 예방책인데, 예방접종으로 인해 바이러스 감염 사례가 크게 감소했다는 것은 아시아 문화권에서 이미 입증되었다. 예방접종은 특히 천연두와 같은 일부 질병들을 뿌리뽑는데 큰 역할을 한 것으로 인정받고 있는 바, 인류는 그래서 지금도 홍역·결핵·소아마비·파상풍 등에 백신 접종으로 대응하고 있다.
 

업계에 따르면 현재 세계적으로 COVID-19 전염병이 퍼지고 있어 백신 기술의 중요성은 점점 커지고 있다. 이와 관련, 예방접종에서 백신 패치는 이러한 차세대 애플리케이션 중 하나이고, 피에조 기술은 백신 패치를 생산하는 데 중요한 역할을 한다.

새로운 기술 : 백신 패치
예방 접종은 죽거나 약해진 미생물·독소 또는 단백질을 주사기로 신체 근육 안으로 주입하는 방식을 취하고 있다. 신체에 주입된 이런 물질들은 우리 몸에서 면역 반응을 일으키고 특정 질병에 대해 면역력을 이끌어낸다.

이에 따라 전 세계 의료진, 특히 의료 인프라가 열악한 개발도상국의 경우 선진국에 비해 백신이 더더욱 중요하기 때문에 백신 패치의 새로운 개념은 더 크게 다가올 수밖에 없다.

백신 패치는 약 200~300μm의 마이크로니들이 통합된 작은 폴리머 패치로 구성되며, 우리 몸에 이 패치를 붙이면 바늘이 피부에 박혀 바늘 끝에 위치한 백신이 직접 주사된다. 주사기를 이용한 예방접종과 달리, 백신 패치는 바늘 의료 사고를 통한 감염 가능성이 별로 없다. 패치에 있는 바늘의 일부는 백신을 투여한 후 시간이 지나면 피부에 용해되기도 한다.

백시 패치는 의료 전문가의 도움 없이도 붙일 수 있어 의료 접근성이 떨어지는 지역에도 쉽게 배포할 수 있다. 그 이유는 백신 패치의 핵심이 되는 마이크로니들이 가진 내구성 덕분이다. 마이크로니들 백신은 생산과정에서 건조되므로 최대 40℃인 온도에서도 최대 1년 동안 전력을 보존할 수 있다. 다시 말해 냉각이 필요하지 않다는 것인데, 이것은 열대성 기후의 나라에서 백신 접종이 이루어지는 새로운 가능성을 열어주게 된다.

백신 패치는 또한 기존 백신 투약량의 절반 이하로도 충분한 효과를 볼 수 있다는 큰 장점도 있다. 그 이유는 마이크로니들에 접촉된 피부층에서 더 많은 면역 세포가 발견되므로 백신 투여량이 낮아도 동등한 면역 반응을 만들어내기 때문이다.

마이크로니들의 정밀 디스펜싱을 위한 피에조
백신 패치는 어떻게 작동할까? 백신 패치는 인체에 붙였을 때 작은 액체인 백신의 방울이 미세 바늘 끝에 뿌려지는데, 피에조 기술은 이때 매우 작은 물방울을 빠르게 생성하기 위해 사용된다.
 

그래서 프린트 헤드와 같은 나노리터/피코리터 디스펜싱 장비에 사용되는 액추에이터는 최대 수 kHz의 높은 작동 주파수에서 작동해야 하는 동시에 작은 물방울을 생성하는 데 필요한 운동 에너지를 생성해야 한다.

피에조 컴포넌트가 이런 역할을 할 수 있는 건 압전 효과 덕분이다. 이 제품이 가진 압전 효과는 결정체에 힘을 가하면 전하가 발생하고, 반대로 전압을 인가하면 순간 변위와 함께 작동하기 때문인 것.

피에조 컴포넌트는 더불어 대부분 낮은 전력을 소비하고 내구성 및 신뢰성이 좋아 프린트 헤드 디스펜싱에 특히 적합하다.

패치 백신은 잉크젯 원리에 따라 제조과정에서 백신의 방울을 정확히 생성한 뒤, 피코리터 양을 분사하기 위해 유리 모세관을 압전 튜브 안에 넣는 방식을 취한다. 이 방식은 완전히 비접촉식이어서 표면에 가장 미세한 물방울을 만들 수 있다. 이를 통해 약품을 오염 없이 배포할 수 있고, 인쇄 헤드는 쉽게 세척하거나 멸균할 수 있게 된다.

피에조 액추에이터는 피에조 튜브의 대안을 제시하는 제품이다. 피에조 액추에이터는 인쇄 헤드에 배치될 때 매우 빠른 속도와 정확도로 마이크로니들 어레이에서 최상의 백신을 생산할 수 있을 뿐 아니라, 탁월한 내구성으로 복잡한 시스템에서도 수년간 안정적으로 작동하기 때문이다.

PI Ceramic에 대하여
PI Ceramic은 단순히 피에조를 제작하는 것이 아니라, 피에조를 초음파 트랜서듀서에 통합하거나 피에조를 멤브레인 또는 다이어프램에 접착할 수 있는 기술을 갖고 있다. 테스트 및 패키징에 대한 노하우를 바탕으로 피에조 컴퍼넌트를 접착 또는 접촉하는 것은 물론, 전체 트랜서듀서를 조립하여 고객을 지원할 수 있는 업체가 PI Ceramic의 강점이다.