속에 들어가는 인공 장기나 의료기기,
예를 들어 인공 관절, 심장 스텐트, 콘택트렌즈 같은 것들이
무슨 재료로 만들어졌을지 궁금해본 적 있나요?
이런 장치들은 단순히 "기계"가 아니라,
우리 몸 안에서 살아있는 세포, 혈액, 면역체계와 함께 작동해야 하는 섬세한 존재들입니다.
그래서 이런 재료들을 우리는 생체재료Biomaterials라고 부릅니다.
생체재료Biomaterial란?
한마디로 정의하면,
우리 몸과 접촉하면서도 해를 끼치지 않고, 오히려 특정 기능을 도와주는 재료입니다.
예를 들어, 심장판막을 대신하거나, 혈관을 지지하거나, 피부를 대신해주는 재료들이 다 여기에 포함되죠.
그렇다면 아무 재료나 쓰면 될까요?
당연히 아니겠죠!
생체재료가 되기 위해서는 반드시 지켜야 할 조건이 있습니다.
그게 바로 생체적합성Biocompatibility입니다.
Biocompatibility란, 몸속에 들어갔을 때 면역 반응 없이, 제 역할을 잘 해내는 능력입니다.
어디서 왔을까? – 생체재료의 재료들
생체재료는 자연에서 온 것도 있고,
완전히 인공적으로 만든 것도 있어요.

요즘은 대부분 합성 고분자플라스틱종류나 금속특수합금을 많이 써요.
이 재료들은 강도도 높고, 가공도 쉬우면서, 점점 더 생체적합성이 좋아지고 있죠.
우리가 흔히 보는 생체재료 예시
지금 병원에서, 수술실에서, 또는 내 몸속에서 쓰이고 있을 수도 있는 생체재료들은 굉장히 다양해요. 예를 들어:
- 카테터Catheter
→ 피나 약물의 흐름을 조절하는 얇은 튜브
→ 대부분 유연한 고분자polymer로 제작됨 - 심박 조율기 전극Pacemakerleads
→ 전기 신호를 심장에 전달하기 위해 몸 안에 삽입
→ 실리콘, 폴리우레탄 등의 절연성 생체재료가 사용됨 - 콘택트렌즈
- 인공수정체IntraocularLens
→ 백내장 수술 후 삽입되는 렌즈
이 외에도 수술용 실, 인공관절, 스텐트 등 정말 셀 수 없이 많습니다.
생체재료가 문제가 될 수 있다?
생체재료라고 해서 무조건 안전하고 완벽한 건 아닙니다.
특히 인체와 접촉하는 환경에 따라 생체재료는 다음과 같은 문제를 겪을 수 있어요:
1. 혈액과 접촉하는 재료 → 혈전Thrombosis
- 예: 스텐트, 카테터, 인공심장막 등
- 혈액이 인공 표면과 접촉하면 응고 반응이 유발되어 혈전이 생길 수 있어요.
- 이 혈전이 혈관을 막으면 뇌졸중이나 심근경색 같은 심각한 결과가 생기죠.
2. 비혈액 접촉 재료 → 이물 반응ForeignBodyResponse,FBR
- 예: 인공 관절, 체내 삽입형 센서 등
- 이런 재료는 우리 몸의 면역 시스템이 "이건 낯선 물질이야!"라고 인식하면서
염증, 섬유막캡슐 형성, 혹은 기능 저하가 생길 수 있어요
생체재료가 혈액과 만나면 생기는 일 – 응고
병원에서는 많은 의료기기들이 직접 혈액과 닿게 됩니다.
예를 들어 심장 스텐트, 카테터, 인공심장막, 혈관 이식편 같은 것들이죠.
그런데 이런 생체재료가 혈액과 접촉하는 순간,
우리 몸은 곧바로 응급 상황으로 인식하고 반응을 시작합니다.
이 반응이 바로 혈액 응고 반응Coagulation이에요.
응고는 원래 몸이 상처를 막기 위해 피를 멈추게 하는 보호 시스템 입니다.
즉, 혈관이 손상되면 피가 계속 흐르지 않도록 응고시켜주는 반응이죠.
하지만 문제는, 생체재료의 표면도 우리 몸 입장에선 "상처"처럼 보일 수 있다는 것!
그래서 생체재료가 혈액과 닿으면,
몸은 그것을 위협 요소로 오인하고 피를 응고시키는 반응을 일으키게 됩니다.
응고 반응의 핵심: Coagulation Cascade 응고연쇄반응
응고는 단순히 한두 개의 단백질이 작동하는 게 아니라,
복잡한 단계의 연쇄적인 효소 반응으로 이뤄져요.

이 두 경로는 결국 공통 경로로 모여서,
마지막에는 피브린Fibrin이라는 단백질이 그물을 치듯 자리를 잡습니다.
이 피브린 그물은 혈소판과 적혈구를 붙잡아 단단한 혈전을 형성하게 되죠.
정상 상황에선 상처 부위를 막아주는 혈전이지만,
생체재료 표면에서 형성된 혈전은 문제가 될 수 있어요.
- 색전Embolus: 생긴 혈전이 떨어져 나가 뇌나 폐로 이동하면
→ 뇌졸중, 폐색전증 같은 생명을 위협하는 상황이 발생할 수 있어요.
생체재료를 이물질로 인식할 때 – Foreign Body Response란?
혈액과 닿는 생체재료는 응고 문제를 일으키지만,
그렇다면 피가 아니라 조직과 직접 접촉하는 재료는 어떨까요?
예를 들어,
- 인공 관절
- 삽입형 센서
- 이식형 의료기기
이걸 Foreign Body Response FBR, 즉 이물 반응이라고 해요.
생체재료가 조직과 만나면, 몸은 이걸 ‘낯선 존재’로 인식하고 아래와 같은 단계로 반응해요:
1. 단백질 흡착 ProteinAdsorption
- 재료 표면에 혈장 단백질이 먼저 달라붙어요.
- 이게 몸에겐 "외부 물질"이라는 신호가 됩니다.
2. 염증 반응 Acute→Chronic
- 백혈구와 대식세포가 몰려와 싸우기 시작
- 초기에는 급성염증, 시간이 지나면 만성염증으로 진행될 수 있어요
3. 거대세포 형성 ForeignBodyGiantCells
- 대식세포들이 모여서 하나로 뭉친 다핵 세포가 생성
- 이게 바로 “이물 반응”의 대표적인 지표예요
4. 섬유막 형성 FibrousCapsule
- 우리 몸은 재료를 완전히 제거할 수 없을 때,
얇은 막으로 둘러싸 버리는 전략을 씁니다 - 이 막은 기기의 기능을 떨어뜨릴 수 있고,
필요에 따라 기기 교체나 제거가 필요해질 수도 있어요
이는 삽입형 센서가 신호를 제대로 못 읽을 수 있고, 인공관절 주위에 만성 염증이 생기기도 하며, 약물 전달 시스템이라면 약이 제대로 방출되지 않게 되는 문제를 발생시킬 수 있습니다.
심장수술에서의 생체재료의 예시
심장 수술 중에는 심장을 일시적으로 멈추고 수술을 진행해야 하는 경우가 많습니다.
그렇다면, 심장이 멈춘 동안 우리 몸의 혈액 순환은 어떻게 유지될까요?
그 핵심 기술이 바로 체외순환CPB:CardiopulmonaryBypass입니다.
Cardiopulmonary Bypass심폐우회술는 심장 수술 중 심장과 폐의 기능을 대신 수행하는 장비와 시스템을 의미합니다.
- 심장이 멈춰 있는 동안에도 산소를 공급하고 이산화탄소를 제거하며,
- 혈액을 전신으로 순환시켜 생명을 유지하게 합니다.

CABG CoronaryArteryBypassGraft
“심장혈관 우회로를 만들어주는 수술”
막힌 혈관을 우회하여 새로운 통로를 만들어 주는 전통적인 심장 수술입니다.
- 환자의 다리대복재정맥, 팔요골동맥 또는 흉부내흉동맥에서 혈관을 채취하여,
- 막힌 관상동맥을 지나쳐 심장에 혈류가 도달할 수 있도록 새로운 혈관 통로를 만듭니다.

OPCAB Off−PumpCoronaryArteryBypass
“심장을 멈추지 않고 시행하는 CABG”
CABG의 변형된 수술법으로, CPB를 사용하지 않고 수술합니다.
- 심장이 뛰는 상태에서 특수 고정장치를 사용해 일시적으로 수술 부위를 고정
- 심폐기 없이 직접 혈관을 우회 연결

PCI PercutaneousCoronaryIntervention
“관을 넣어서 막힌 혈관을 뚫는 비수술적 시술”
흔히 ‘스텐트 시술’로 알려져 있으며, 가장 덜 침습적인 방법입니다.
- 카테터를 대퇴동맥 또는 요골동맥을 통해 삽입
- 풍선balloon으로 막힌 부위를 확장하고, 스텐트stent를 삽입해 혈관을 넓힌 상태로 유지

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