종이처럼 접어 하이드로젤 약물 전달 조절하는 제어 기술 개발

서울과기대 윤현식·서울대 이원보 교수 공동연구팀

하이드로젤 미세 기공의 변형 메커니즘 모식도 및 실험·시뮬레이션 결과(한국연구재단 제공) /뉴스1

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국연구재단은 서울과학기술대학교 윤현식 교수 연구팀과 서울대학교 이원보 교수 연구팀이 하이드로젤 미세기공의 면 기반 접힘 메커니즘을 규명해 미세약물 등 미세 입자를 정밀하게 방출할 수 있는 구조 제어 기술을 구현했다고 16일 밝혔다.

다공성 구조의 고분자 화합물인 하이드로젤은 온도나 수소이온농도(pH) 같은 환경 자극에 따라 물을 흡수하거나 방출하며 부피가 변하고 생체적합성이 좋아 의약 분야에서 활용 잠재력이 높다.

약물 전달 기술에 활용하면 하이드로젤의 미세한 기공 구조를 이용해 약물을 원하는 부위에 천천히 배출할 수 있는 장점이 있다. 그러나 반응 속도가 느리고 구조 변형이 불규칙하며 복원성도 낮아 정밀 작동이 어렵고 실용화에도 제약이 있었다.

연구팀은 종이접기에서 착안한 '힌지(hinge)'와 '면'을 하이드로젤 기공 가장자리에 도입, 팽창 시 정해진 방향으로 접히도록 유도하는 하이드로젤 기공의 미세구조 설계를 구현했다.

또 외부 장치나 복잡한 제어 시스템 없이 기하학적 구조 설계만으로 하이드로젤의 작동 방향, 속도, 복원성 등이 동시에 제어되는 메커니즘을 실험적으로 규명했다.

반복적인 팽창–건조를 10회 이상 수행한 후에도 초기 형태 대비 92% 이상의 복원율을 유지해 우수한 구조적 성능을 입증했다.

이를 바탕으로 미세먼지 크기와 비슷한 5마이크로미터(µm), 20µm, 50µm 크기의 미세입자를 단계적으로 방출하거나, 특정 구조만 입자를 남기는 암호화 기능도 구현했다.

윤 교수는 "팽창 시 스스로 접히는 면 기반 접힘 메커니즘을 통해 하이드로젤의 불규칙한 변형 문제를 구조 설계로 해결했다"며 "약물이 한 번에 방출되는 기존 방식에서 벗어나 다단계·정량적 방출이 가능하도록 했다는 점에서 의미가 있다"고 말했다.

연구의 성과는 다학제 분야 국제학술지 '매터(Matter)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr