헬스케어산업에서의 3D 프린팅혁신사례 l저자l 최재호팀장 / 프로스트앤설리번 (jaeho.choi@frost.com, 02)6710-2035) 이종현연구원 / 프로스트앤설리번 (jonghyeon.lee@frost.com, 02)6710-2031) SUMMARY 목적헬스케어산업에서활용된 3D 프린팅에대한획기적인사례들을살펴보고 3D 프린팅의핵심역량과과제, 그리고앞으로헬스케어산업에서나아가야할방향에대해상세히언급함. 주요현황 3D 프린팅은의료산업에서의수와인공뼈, 이식용혈관등, 광범위한분야에서활용되고있으며, 머지않아높은수준의혁신을이뤄질것으로기대됨. 3D 프린팅은적층가공기술을기반으로하여, 위의언급된기능성인공기관에적은비용의설계와개발이빠르게이뤄지고있음. 하지만 3D 프린팅에사용되는재료들이제한적이고, 사람의생명과연관되어있기때문에이에최적화된설계와광범위한연구가여전히필요함. 시사점및정책제안 3D 바이오프린팅기술은항공우주와가전제품, 헬스케어, 자동차등, 다양한산업분야에서활용할수있으며, 기술융합을통한새로운혁신과응용기회들을만들어낼수있기때문에광범위한기술연구가필요함.
KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2016 VOL 16-06 1. 3D 프린팅의수 오픈바이오닉스 (Open Bionics)- 가격이저렴하고, 무게가가벼운 Ada 의수 기술소개 - 3D 프린팅의수는손의움직임을신호로전환하는첨단전자시스템으로구성되어있음. - 의수는폴리락타이드 (PLA, polylactide) 와 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), 닌자플렉스 (Ninjaflex) 와같은재료들을사용해프린팅을함. - 사용자스스로의수를프린팅할수있는선택권을제공함. 혁신성 - 3D 프린팅의수는덮개, 손바닥, 손의윗부분과아랫부분에있는 PCB(Printed Circuit Board) Tray, 이렇게 4가지구성부품으로이뤄져있음. - 기타구성부품들은오픈바이오닉스의온라인포털시스템을통해구입할수있음. - 구성부품들을프린팅하는데 28시간이걸림. - 사용자는제조사로부터제공되는정확한정보를바탕으로각각의구성부품들을납땜해야함. - 3D 프린팅의수는무게가 300 그램이하로가볍고, 가격이저렴함. - 사용자들은 Ada 의수키트 를주문할수있고, Makerbots Thingverse 또는 YouMagine 의웹페이지를통해부품들을직접프린팅할수도있음. - 손에장착되어있는전자부품들은경쟁제품들과비교했을때의수기능을개선시킴. 시장진입전략 - 3D 프린팅의수는현재시장에서구매가능하며 48시간이내에만들어질수있음. - 가격이저렴하며다른경쟁제품들에비해효율성이높음. - 2015년의수와로봇손의상업화가시작돼, 2017년초쯤광범위하게도입될것으로전망됨. 시장기회 - 군수, 자동차, 전자공학, 정보통신, 항공우주, 우주, 로봇, 가전제품기술융합 - 로봇과가전제품과의융합에힘입어, 다양한분야들에서해당기술의도입률이높아질것임. - 특히나군수산업과우주산업에많은영향을미칠것으로기대됨. 104 한국산업기술평가관리원
특집헬스케어산업에서의 3D 프린팅혁신사례 2. 3D 프린팅인공뼈 톰스크폴리테크닉대학 (Tomsk Polytechnic University) - 생체적합한생분해성인공뼈 기술소개 - 용융증착모델링 (FDM, Fused Deposition Modelling) 을활용해인공뼈조직이프린팅되며, 인산칼슘복합생체적합물질 (calcium phosphate compound biomaterial) 로구성되어있음. - 3D 프린팅인공뼈는인체골밀도및강도와비슷하며, 다공성구조로골이식술에도활용될수있음. 혁신성 - 기존의인공뼈생산방식과비교해보면, 적층가공기술 ( 재료를층층이쌓아서만드는방식 ) 을이용해인공뼈를생산하는과정이매우간편하고가격도합리적이라, 소요시간과비용을크게절감할수있음. - 3D 프린팅으로만든인공뼈는생체에적합하며생분해성임. - 천연뼈와함께재생될수있는골유착이가능함. - 어떠한흔적을남기거나부작용없이환자의몸속에서분해되는경향이있음. - 생체적합한재료들로인공뼈를프린팅하기때문에인체에서인공뼈에대한거부반응이일어나지않음. 시장진입전략 - 현재해당기술은개발및시험단계에머물러있음. - 기존의인공뼈보다 3D 프린팅으로만든인공뼈는더많은이점들을가지고있기때문에의료산업에많은영향을미칠것으로예상됨. 광범위한채택 - 현재시베리아주립의학대학교 (Siberian State Medical University) 의과학자들은비독성테스트를시행하고있으며 2016년 3분기에동물실험에착수할계획임. - 2020년말까지는의료산업시장에진출할수있을것으로예상됨. 시장기회 - 헬스케어, 군수, 3D 프린터, 재료제공기관 기술융합 - 3D 프린팅인공뼈의혁신기술은위의시장기회에서언급된산업분야에서다양하게응용할수있음. - 의료산업에적층가공기술을도입한것자체가이미막대한이점들을가져왔음. - 여기에의료산업개선을위한다양하고새로운혁신들은물론, 효율적이고새로운방식들과기술들을구현할수있는기반을닦음. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 105
KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2016 VOL 16-06 3. 3D 프린팅혈관이식 메릴랜드대학교 (University of Maryland)- 선천성심장병을위한 3D 바이오프린팅혈관이식기술소개 - 메릴랜드대학교의연구원들은 PPF(Poly Propylene Fumarate) 와 DEF 재료들과같은생체에적합한생분해성재료들을사용해관상동맥성심장병 (coronary heart disease) 환자들을위한비세포혈관의초안을 3D 바이오프린팅할수있는기술을개발함. 혁신성 - 이연구팀은독일 Envision TEC사의퍼펙토리 P4 (EnvisionTEC Perfactory P4) 3D 프린터를통해이식용혈관을프린팅할수있는입체인쇄술 (SLA, stereolithography) 기술을사용함. - 미국 SolidWorks 사의 CAD 디자인도구로이식용혈관을디자인하는데 MRI와 CT 스캔이미지데이터를사용함. - 연구팀은이식용혈관의복잡한구조와커브, 다공성, 표면거칠기등을최적화시키기위해 vivo 라고불리는디자인플랫폼을사용하고있음. - 실험쥐심장에해당이식용혈관을시험했으며, 이시험에서이식용혈관이세포구조를따른다는것을증명함. - 이이식용혈관은기존의이식과정에사용된실제혈관과비슷한역학적특성들을보여줌. 시장진입전략 - 해당기술승인을위해정부와주요의료기관들과의협력을계획하고있음. - 3D 프린팅이식용혈관이관상동맥성심장병을해결할수있다는것이증명만된다면머지않아의료산업에큰영향을미칠것으로기대됨. 광범위한채택 - 연구팀은최근동물들을대상으로 3D 프린팅이식용혈관을테스트하고있음. - 연구팀은이식용혈관에대한설계와프린팅과정을최적화하고개선하는데주력하고있음. - 해당기술은 2017년말이면상용화돼, 2018년말까지의료산업에큰영향을미칠것으로기대됨. 시장기회 - 의료산업, 3D 프린터, 재료산업기술융합 - 적층가공기술을활용한의료산업은다양한질환들을효율적으로치료하기위해새로운기술및방법들을시도하고있음. - 기술융합은의료산업에새로운응용기회들을창출할것임. 106 한국산업기술평가관리원
특집헬스케어산업에서의 3D 프린팅혁신사례 4. 3D 프린팅뼈이식 노팅엄트렌트대학 (Nottingham Trent University)- 사고환자와암환자들을위한뼈이식 기술소개 - 노팅엄트렌트대학연구팀은이식용뼈의강점을개선하고, 뼈대의내구력과다공성, 구조, 골밀도향상을위한방법을연구중에있음. - 이식용뼈를프린팅하는데사용되는재료의성장결정을조절하고유지시킬수있음. - 이식용뼈와척추, 흉골에대한 3D 프린팅연구사례들이많이있지만, 해당기술로내구력을유지시키고환자의몸속에있는뼈들과비슷한구조의다공성레벨을보유하기위해서더많은연구들을필요로함. - 하지만노팅엄트렌트대학연구팀에의해개발된혁신적인방식은뼈대의전반적인내구력과구조를향상시킨것으로나타남. 혁신성 - 미세구조단계에서재료의성장결정을유지시키고조절함으로써연구원들은인공뼈개발에소요되는시간과비용을크게줄이고, 인공뼈의전반적인특성을개선시킬수있음. 광범위한채택 - 노팅엄트렌트대학연구팀은최근 3D 프린팅방법과결정세포들을유지하고, 조절과정을최적화시키는연구를수행중임. 시장기회 - 의료산업, 3D 프린터, 재료산업시장진입전략 - 해당기술이이식용뼈와관련해많은이점들을주고있어, 고강도에서의기술개선과구현을위한정부기관및병원과의협력을계획하고있음. 기술융합 - 기존에사용된재료들과호환이가능한 3D 프린터가개발되면서의료산업과관련된새로운혁신및응용이조만간실현될것으로기대됨. Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 107
KEIT PD Issue Report PD ISSUE REPORT JUNE 2016 VOL 16-06 5. 애널리스트관점 의료산업에서의 3D 프린팅혁신생태계영향력 - 현재 3D 프린팅기술은의료산업에서막대한영향을미치고있음. - 여러연구기관과대학교, 주요정부기관, OEM 업체들이의료산업과관련한새로운응용을실현시키기위해협력하고있음. - 의료산업에서 3D 프린팅기술을광범위하게활용하고있어, 조만간고도의혁신이이뤄질것으로기대됨. 단기및중장기목표시장 - 3D 바이오프린팅이곧전자설계및생산에도큰영향을미칠것으로예상됨. - 이 3D 바이오프린팅은중단기적으로항공우주산업과전자제품, 헬스케어, 자동차산업에쓰이는전자설계장비에큰영향을줄것임. - 이 3D 프린팅전자의최신방식은위의산업들에서구성요소및기기설계와개발, 신속한프로토타입, 상대적으로한정된부피생산을위해활용될것으로보여짐. 원동력 - 적층가공기술을도입하게되면의료산업의기능성삽입물과인공기관설계개발이신속하게이뤄질것으로기대됨. - 전통적인개발방식에비해적층가공기술이시간과비용을절약할수있고, 기존에불가능했던다양한응용연구들이가능해짐. 진입장벽 - 현재 3D 프린터는의료산업에서전통적으로사용되는재료들과호환이어려움. 다양한재료들로프린팅하기쉽지않아, 이에대한많은연구가필요함. - 사람의생명과연관되어있기때문에본격적인시행이전에적합한설계와수많은테스트가필요함. - 적층가공기술과관련해지켜야할많은규정들과 FDA 승인이의료산업에서해당혁신기술을광범위하게도입하는데있어걸림돌이되고있음. 경쟁구도 - 미국, 일본, 중국이의료산업의 3D 프린팅과관련된특허를가장많이가지고있는나라들임. - 특히나북미지역이 3D 프린팅기술개발에매우활발하게참여하고있으며광범위하게도입하고있는것으로나타남. - 유럽지역에서도 3D 프린팅을활용한의료산업의새로운응용분야들을꾸준히연구하고구현하고있음. 기술개발및대규모적인도입률도높음. - APAC 지역도해당기술에대한많은특허들을가지고있는것이사실이지만, 북한, 인도와같은나라들의참여부족으로인해기술개발및채택률이저조함. 108 한국산업기술평가관리원
특집헬스케어산업에서의 3D 프린팅혁신사례 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology 109