KAIST, 염증없는 하이드로겔 신소재 개발

- 신소재공학과 강지형 교수, 바이오및뇌공학과 박성준 교수 공동연구팀

강지형 KAIST 신소재공학과 교수.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 생체전자 의료기기는 체내에서 발생하는 신호를 읽어 생물학적 활동을 감지하거나, 조직을 자극해 질병 등을 치료하는 데 사용된다. 하지만 의료기기에 사용되는 전극 물질은 딱딱한 물성을 가지고 있어 체내에 염증반응을 일으키고 조직에 다량의 손상으로 이어질 수 있다. 따라서 조직과 같이 부드러운 성질을 가지면서도 전도성을 띠는 하이드로겔과 같은 연성 물질에 생체적합성이 높은 전도성 고분자를 체내 전극으로 사용하는 연구들이 활발하게 진행되고 있다.

카이스트(KAIST)는 신소재공학과 강지형(사진) 교수와 바이오및뇌공학과 박성준 교수 공동연구팀이 고전도성, 유사 조직 접착성 하이드로겔이란 신소재를 개발, 고성능 생체전자 기기를 구현했다고 4일 밝혔다.

기 전도도가 높을수록 전도성 도메인들의 결정성이 높아지는 원리에 의해, 전도성이 높은 하이드로겔은 딱딱해지고, 부드러운 하이드로겔은 전도성이 낮을 수밖에 없다는 한계를 가진다. 이에 따라 전도성 고분자를 사용하는 하이드로겔 중, 전기 전도도가 높으면서도(10 S/cm 이상) 부드러운 물성(100 kPa 이하)을 가진 하이드로겔은 지금까지 보고된 바 없었다.

강지형 교수 연구팀은 기존에 없었던 고전도성, 유사 조직 물성 하이드로겔을 개발했다. 이 하이드로겔은 보고된 전도성 고분자 하이드로겔 중 가장 높은 전기 전도도를 띄며, 조직과 비슷한 물성을 갖는다. 또한 지속적인 움직임과 팽창, 수축이 있는 심장, 위와 같은 조직에서 안정적으로 기기가 작동하기 위해 필수조건인 조직에 쉽게 접착된다.

공동연구팀은 원하는 생체 조직에 맞게 조정하고 그 형태에 맞추는 주형의 그물 구조에 따라 높은 질서도를 가지는 고분자 주형 네트워크를 도입했다.

하이드로겔 합성법과 접착제 없이 구동 가능한 조직 유사 바이오 인터페이스 디바이스.[KAIST 제공]

또한 개발한 하이드로겔을 전극을 기반으로 한 높은 전기 전도도를 가진 다양한 고성능 생체전자 기기를 제작, 기능성을 검증했다. 높은 전기 전도도를 가진 특성으로 좌골신경 자극을 대상으로 하는 디바이스의 경우, 매우 낮은 전압에서 다리 근육의 움직임을 성공적으로 유도할 수 있었다. 또한 심전도 측정을 위한 디바이스의 경우에도 정확하게 신호를 측정하는 데 성공함으로써, 초고품질 생체 신호 측정을 위한 연성 기기 개발 가능성을 입증했다.

강지형 교수는 “이번 연구는 고전도성을 갖고 생체조직과 유사한 기계적 물성을 갖는 하이드로겔 개발을 위한 합성 방향을 새롭게 제시했다는 점에서 의미가 있다”면서 “이번에 개발된 전도성 하이드로겔은 급속도로 성장하고 있는 전자약 시장에 게임 체인저가 될 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 4월 18일 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com