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KAIST, 고전도성·생체조직 유사 하이드로겔 개발

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작성자 최고관리자

작성일 2023-10-23 11:42 조회 306회 댓글 0건

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강지형, 박성준 교수 공동연구팀
"전자약 시장 게임체인저 기대"



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고전도성, 유사 조직 접착성 하이드로겔이란 신소재를 개발한 연구진. (왼쪽 위 부터) 강지형, 박성준 교수 (왼쪽 아래 부터) 정주은 박사과정, 성창훈 박사과정. [사진=KAIST]

 
국내 연구진이 전자약 시장 게임 체인저로 기대되는 신소재를 개발했다.
KAIST(총장 이광형)는 강지형 신소재공학과 교수와 박성준 바이오및뇌공학과 교수 공동연구팀이 기존에 없었던 고전도성, 유사 조직 접착성 하이드로겔이란 신소재를 개발해 고성능 생체전자 기기를 구현했다고 4일 밝혔다.

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.

전기 전도도가 높을수록 전도성 도메인들의 결정성이 높아지는 원리에 의해, 전도성이 높은 하이드로겔은 딱딱해지고, 부드러운 하이드로겔은 전도성이 낮은 한계가 있다. 전도성 고분자를 사용하는 하이드로겔 중 전기 전도도가 높으면서도(10S/cm 이상) 부드러운 물성(100kPa 이하)을 가진 하이드로겔은 지금까지 보고된 바 없었다.
 

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템플릿 기반 하이드로겔 합성법과 접착제 없이 구동 가능한 조직 유사 바이오 인터페이스 디바이스. [이미지=KAIST]



강지형 교수 연구팀은 기존에 없었던 고전도성, 유사 조직 물성 하이드로겔을 개발했다. 이 하이드로겔은 보고된 전도성 고분자 하이드로겔 중 가장 높은 전기 전도도(247S/cm)를 띠며, 조직과 비슷한 물성(탄성율=60 kPa, 파괴변형률=410%)을 갖는다. 또한, 본 재료는 지속적인 움직임과 팽창, 수축이 있는 심장, 위와 같은 조직에서 안정적으로 기기가 작동하기 위해 필수조건인 조직에 쉽게 접착되는 장점을 가지고 있다.

공동연구팀은 원하는 생체 조직에 맞게 조정해 그 형태에 맞추는 고분자 주형 네트워크를 도입했다. 기존 네트워크 대비 100배 이상 높은 전기 전도도를 보였다. 주형 고분자의 부드러운 특성 때문에 조직과 비슷한 물성을 지니게 되고 변형에도 저항이 바뀌지 않아 생체전극으로서 최적의 성능을 갖는다.

연구팀은 개발한 하이드로겔을 전기 전도도를 가진 다양한 고성능 생체전자 기기를 제작해 기능성을 검증했다. 좌골신경 자극을 대상으로 하는 디바이스의 경우, 매우 낮은 전압(40mV)에서 다리 근육의 움직임을 성공적으로 유도할 수 있었다. 심전도 측정(ECG)을 위한 디바이스의 경우에도 매우 높은 신호 대 잡음 비(61dB)로 신호를 측정하는 데 성공해 초고품질 생체 신호 측정을 위한 연성 기기 개발 가능성을 입증했다.


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

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 나노소재기술개발 미래기술연구실 사업 지원을 받아 수행했다. 정주은 신소재공학과 박사과정과 성창훈 바이오및뇌공학과 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications)'에 4월 18일 게재됐다. 

[참고자료]
논문명: Highly conductive tissue-like hydrogel interface through template-directed assembly.

출처 : 헬로디디(http://www.hellodd.com)

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