Part 02Ⅰ 인체 내부를 아는 방법 ─ 소리를 볼 수 있을까 25
이번 수업에서는 인체 내부를 보여주는 초음파의 원리에 대해 알아보고 스스로 설명문을 작성하고, 거리를 알려주는 로봇을 활용해서 눈에 안 보이는 물체의 위치와 모양을 알아 맞히기도 했습니다. 수업을 마치며 스스로 수업에 대한 평가도 하고, 소감문도 간단히 작 성해봅시다. 그리고 초음파 기기에 대하여 더 알고 싶은 점이 있으면 적어봅시다.
의료용 나노 로봇으로 내 몸속 탐험하기
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28 2014 융합인재교육(STEAM) 프로그램 첨단의료기기 중학교
2035년 미래의 병원, 어떠한 의료 기술로 환자를 치료할까?
2035년 12월, ♤♤잡지사에 다니는 영서는 광신 병원을 찾았다. 전문 의사 선생님들과 나눈 인 터뷰를 소개하고자 한다. 다음 만화 속에 나오는 의료 기술과 첨단 의료 기기로 어떻게 환자를 치료 하는지 생각해보자.
국가과학기술위원회, 과학기술예측조사 5권, p.96, 2012 중학교
STEAM ⑨
의료용 나노 로봇으로 내 몸속 탐험하기
생각 두드리기
Part 03Ⅰ 의료용 나노 로봇으로 내 몸 속 탐험하기 29
영 서 : 안녕하세요. 오늘 선생님들을 찾아뵙게 된 건, 그동안 저희 잡지 독자들의 궁금증에 답하려는 의도에서 시작되었는데, 전화로만 질문하는 데에 한계를 느껴 이렇게 직접 오게 되었습니다.
바쁘신 중에 시간을 내 주셔서 감사합니다. (중략)……
의사 1 : 인공장기도 빼놓을 수 없죠. 수혈과 더불어 수요는 많은데 반해 공급이 적던 것을 인공 기기로 극복 가능하게 된 대표적인 경우니까요. 현재는 인공심장, 인공간, 인공신장 등 인공장기를 제작하는 3D RP(Rapid Printing) 장비가 들어와 있습니다. 3D RP 장비로 각 인공장기를 이 루는 세포와 세포가 자라는 데 필요한 부가물질을 프린팅하여 장기를 제작하는데요, 일단 빠 르게 많은 양을 제작 할 수 있다는 점에서 유용합니다. 환자 개인적으로는 장기 이식이 시급한 경우에 환자의 신체에 맞는 장기를 맞춤 제작할 수 있다는 장점이 있고요. 이 외에도 장기 이 식에 있어서는 그동안 많은 발전이 있었습니다. 뇌를 포함한 모든 장기가 손상 없이 냉동 보존 되어 필요한 경우 해동하여 이식하는 것이 가능해졌거든요. 저는 개인적으로 인공장기보다 이렇게 기증된 장기를 보존하여 이식하는 것을 더 선호하는 편입니다.
영 서 : 그렇군요. 계속해서 얘기를 듣고 싶은데요, 시간이 한정되어 있어 넘어가는 점 양해 바랍니다.
요즘 병을 찾는 최첨단 방법이나 치료법은 무엇이 있을까요?
의사 2 : 일단 요즘은 여러 가지로 진단이나 치료에서 그 속도나 정확도가 확실히 높아졌다고 생각합 니다. 몸으로 느낄 정도니까요. 특히, 저는 요즘 진단 시 캡슐을 사용하는데요, 이 캡슐은 물 과 함께 그냥 알약처럼 드시면 되는 겁니다. 그러면 위와 장을 거쳐 이동 한 캡슐이 위장관 내 에서 압력, pH, 온도 등을 측정해서 무선으로 서버에 정보를 보내는 거죠. 빠르고 확실하게 치료 방향을 잡는 데 있어 유용합니다.
얼마 전에 염증성 대장질환에 걸린 환자를 보게 됐는데, 이 또한 캡슐 검사를 통해 파악했죠.
시토메갈로 바이러스(CMV)에 감염되었다고 진단되었습니다. 이 바이러스에 감염되면 치 료도 어렵고 대장에 생긴 염증이나 궤양은 출혈성 설사라든지, 복부 경련, 고열 등을 유발합 니다. 또 대장염 같은 경우, 사람들이 쉽게 그저 배탈이 났다고 생각할 때도 적지 않아요. 증상 이 많이 진행된 후에야 내원하는 게 다수거든요. 예전 같으면 수술까지 가야 하는 경우가 수 두룩했었는데, 요즘 항문외과에서는 체외로 배출 가능한 로봇으로 바이러스를 치료합니다.
이 로봇은 나노미터 크기의 작은 로봇인데, 인체에 직접 투입되어서 특정 바이러스를 감지하 고 중화하거나 파괴할 수 있습니다. 일단 바이러스의 정체가 밝혀지면, 이 로봇을 이용해 각 각의 바이러스에 따라 다른 방식으로 치료합니다.
영 서 : 로봇에게 똑똑하다고 말해도 될지 모르겠지만, 정말 신기할 정도네요! 오늘 정말 소중한 시간, 또 이야기들 나눠주셔서 감사합니다.
30 2014 융합인재교육(STEAM) 프로그램 첨단의료기기 중학교
1868년 독일의 의사 아돌프 쿠스마울은 47cm 길이의 금속막대를 사용해 환자의 위 속을 관찰하는 방법을 고안했지만 널리 쓰이지 못했다. 금속막대를 뱃속에 넣으면 환자가 고통스러워했기 때문이다. 약 90년 뒤 미국의 소화기내 과 연구원 허쇼위츠는 쿠스마울이 만든 내시경을 발전시킬 방법을 고민했다.
그는 방법이 떠오르지 않아 손으로 머리를 감싸고 고민하던 중, 손 안에 엉켜 들어온 머리카락을 보고 힌트를 얻었다. 머리카락처럼 가늘고 부드러운 유리 섬유를 이용한 내시경인 ‘파이버스코프’는 1958년 이렇게 탄생했다.
<내시경의 구조>
※ 금성출판사, 고등학교 과학, 2011
생각 열기
우리 몸속 소화기관을 볼 수 있을까? 1차시
소화기관을 들여다 볼 수 있는 내시경의 구조와 원리를 알아보자.
Part 03Ⅰ 의료용 나노 로봇으로 내 몸 속 탐험하기 31
오늘날의 내시경은 높은 해상도로 이전에는 도달할 수 없었던 부위까지 의사들이 직접 볼 수 있어 발생 초기의 암을 진단할 수 있으며 진단과 동시에 암 덩어리를 제거할 수 있 는 치료 장치도 장착하고 있다. 내시경의 원리와 특징을 탐구해보자.
내시경은 어떤 구조를 하고 있기에 가늘고 구불구불한 관을 따라 위 속까지 보게 할 수 있 을까?
환자들은 일반 내시경보다 수면내시경을 더 선호하고 있다. 그 이유는 무엇인가? 일반 내 시경과 수면 내시경의 장단점을 조사해보자.
우리 몸의 소화가 시작되는 곳은 입이다. 우리가 먹은 음식물은 입에서부터 몸속 여러 기 관을 지나는 동안 소화와 흡수가 일어나는 데 처음과는 전혀 다른 모습으로 배출된다. 소 화 기관과 그 역할을 알아봅시다.
<두산동아, 과학2, 2009>
32 2014 융합인재교육(STEAM) 프로그램 첨단의료기기 중학교
우리 입으로 섭취한 음식이 어떤 기관을 따라 움직이며 소화가 일어날까요? 그리고 기관의 역할은 무엇일까요?
음식물의 이동 기관 :
입 ( ) ( ) ( ) ( ) 항문
인체의 여러 기관의 역할
식도 :
위 :
소장 :
대장 :
간(쓸개) :
이자 :
첨단 의료 진단 기술에는 내시경이나 컴퓨터 단층 촬영기(CT), 자기 공명 영상 장치(MRI), 양전자 방출 단층 촬영기(PET) 등이 있다. 이중에서 가장 활용 빈도가 높은 것이 내시경이 다. 우리 몸의 소화 기관에 발생할 수 있는 주요 암은 무엇이 있는지 탐구하고 서로 이야기 해 봅시다.
오늘의 학습문제를 알아봅시다.
“나노 로봇 캡슐 내시경을 설계하고 제작하여 미션을 수행하라.”
세부 미션 조건
소화기관이 그려진 경기장에 내가 설계하여 만든 나노 로봇을 무선 조종하여 질병(용종, 암)을 제거하는 미션을 수행해 봅시다.
(주어진 재료: 리모컨으로 작동하는 무선 자동차, 휴대전화, 핀, 풍선 등)
Part 03Ⅰ 의료용 나노 로봇으로 내 몸 속 탐험하기 33
2035년 김모 씨는 신장에 염증이 생겼다는 진단을 받았다. 과거에는 이 질병을 치료하기 위해 반드시 수술을 해야 했지만 현미경으로 겨우 관찰할 수 있을 정도 크기의 나노 로봇이 개발되어 수 술 없이도 질병을 치료할 수 있게 되었다. 나로 로봇이 몸속으로 들어가 유해한 바이러스만을 제거 하는 기술이 개발되었기 때문이다. 몸속으로 들어가 이리저리 움직이며 바이러스와 싸우는 나노 로 봇 캡슐 내시경을 제작해 보자.
다음 나노 로봇 캡슐 내시경을 살펴보며 구조와 동력 전달 방법을 함께 이야기해보고, 사 용자에게 불편함이 무엇인지 탐구해봅시다.
의료용 나노 로봇인 캡슐 내시경 제작 시 고려해야 할 사항을 생각하고 적어봅시다.
캡슐 내시경 모형을 주어진 재료를 이용하여 미션을 수행할 수 있도록 구상해봅시다. 나 노 로봇 자동차에 장착된 휴대전화로 인체 모형 속을 촬영하여 미러링 장치를 통해 교실 TV에 보여지는 장면을 보면서 용종(암)을 제거해보자.
주어진 재료
핀침, 리모컨 등
와이파이 스마트 교실 인체 모형 속 촬영 휴대전화 나노 로봇 자동차(기본 모델) 기타 재료