독성 낮추고, 전도성 높인 생체적합 수화젤 개발

GIST 이재영 교수 연구팀..금속기반의 전극대체 기대

(광주=뉴스1) 조영석 기자 = '꿈의 소재'로 불리는 그래핀을 3차원으로 구조화해 인체 내에서의 독성을 낮추고 전기 전도성은 높인 다기능 수화젤(Hydrogel)이 개발됐다.

향후 금속 기반의 전극을 대체, 인체에 더 적합하고 효율적으로 작동하는 생체전극 및 세포지지체(스캐폴드) 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

광주과학기술원(GIST, 총장 김기선) 신소재공학부 이재영 교수 연구팀은 28일 그래핀의 배치 및 정렬 조절을 이용한 3차원적인 그래핀 네트워크를 가지는 수화젤 제작 기술을 개발했다고 밝혔다.

전도성 생체재료는 전기신호를 효율적으로 매개할 수 있어서 심장·근육 등 인체 내 전기활성조직의 재생을 위한 세포지지체와 생체전극 등에 많이 활용되고 있다.

하지만 대부분 금속 기반의 물질로 이뤄져 생체에 이식했을 때 염증을 유발하거나 접촉 효율이 저하되는 등 삽입형 생체재료로 사용하기엔 부작용이 수반된다.

이재영 교수 연구팀이 이번에 개발한 수화젤은 독성 위험을 낮추고 전도성과 생체 적합성을 크게 향상시킴으로서 금속기반의 전도성 생체재료가 갖는 한계를 극복했다.

연구팀은 생체전기 신호 측정, 압력/변형 전극, 바이오프린팅 잉크, 세포 지지체로의 유용성을 제시했다.

연구팀은 그래핀의 3차원적 네트워크 형성을 위해 마이크로 비즈(microbeads, 직경 약 30 μm의 아가로오스 하이드로젤)에 그래핀을 코팅하고, 표면 전하에 의한 입자간 응집으로 반죽형 수화젤(paste-like hydrogel)을 제작했다.

이후 반죽형 수화젤을 열처리하여 마이크로 비즈가 열에 녹아 그래핀 층들 사이로 이동하고, 비즈 위에 코팅된 그래핀들이 상호 연결된 그래핀 네트워크가 형성되도록 했다.

연구팀이 3차원 프린팅 및 주조를 통해 다양한 형태로 제작한 수화젤은 기존 연구와 비교할 경우 전체 수화젤 부피의 0.15%에 해당하는 매우 적은 그래핀 양으로도 20mS/㎝ 수준의 높은 전도도를 보였다.

같은 양의 그래핀으로 구조화하지 않는 대조군보다 약 5배 가량 높은 전도도 값이다.

또한 인체 근육과 유사한 130kPa의 탄성도를 보여 생체에 사용하기에 적절한 기계적 유연함을 확인했다.

이재영 교수는 "인체독성의 위험을 낮추고, 수화젤의 전도성과 생체적합성을 향상시키면서 인체 조직과 같은 유연함을 가진 수화젤을 제작했다"며 "향후 금속 기반의 전극을 대체해 더욱 효율적인 전극, 센서 및 조직공학용 지지체로의 활용이 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구실사업과 나노 및 소재 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 화학 공학분야 상위 2.45% 논문인 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 지난 11일 온라인 게재됐다.

kanjoys@news1.kr

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