일주일 지나도 수분 90% 유지…상처 치료·약물 전달 분야 활용 기대

상처 치료와 세포 배양, 소프트 로봇 등에 활용되는 하이드로겔의 수명을 크게 늘릴 수 있는 기술이 개발됐다.

중앙대학교(총장 박세현)는 우상혁 화학공학과 교수 연구팀이 하이드로겔 표면에 다층 보호막을 형성해 일주일 이상 공기 중에서도 수분의 90% 이상을 유지할 수 있는 캡슐화 기술을 구현했다고 1일 밝혔다.

하이드로겔은 높은 수분 함량과 생체적합성을 바탕으로 바이오·의료 분야에서 활용되고 있지만 공기 중에서 쉽게 수분이 증발해 성능이 저하되는 한계가 있었다. 또한 표면에 형성된 수화층 때문에 기능성 물질을 부착하거나 표면을 개질하는 데도 제약이 있었다.

특히 인공조직이나 상처 치료용 드레싱, 약물 전달체 등에 쓰이려면 수분 유지력이 중요하다. 이번 기술은 하이드로겔 표면에 보호막을 형성해 수분 손실 문제를 줄였다는 점에서 관련 바이오 소재의 실용화 가능성을 높였다는 평가를 받는다.

연구팀은 액체 방울 표면을 소수성 입자로 감싸는 '리퀴드 마블' 개념을 확장해 하이드로겔 표면에 3중 구조의 보호막을 형성하는 기술을 개발했다. 보호막은 하이드로겔 표면의 1차 입자층과 오일층, 이를 감싸는 2차 입자층으로 구성된다. 연구팀은 이 구조를 '멀티레이어드 마블(Multi-Layered Marble·MLM)'이라고 명명했다.

실험 결과 MLM 구조를 적용한 하이드로겔은 공기 중에 일주일 이상 노출된 환경에서도 90% 이상의 수분을 유지했다. 하이드로겔 내부에서 배양한 세포 역시 탈수 없이 높은 생존율을 보였다.

하이드로겔을 실제 소프트 로보틱스 소재로 활용하려면 수분을 오래 유지하면서도 부드러운 물성을 유지하는 것이 중요하다. 건조가 진행되면 형태와 탄성이 달라져 장시간 작동 안정성이 떨어질 수 있는데, 이번 보호막 기술은 하이드로겔의 기계적 특성을 크게 바꾸지 않으면서 탈수를 줄였다는 점에서 활용 가능성이 있다.

우상혁 교수는 "이번 연구는 하이드로겔과 소수성 물질 간 계면 불안정 문제를 해결할 수 있는 보편적인 플랫폼을 제시했다"며 "향후 소프트 로보틱스와 약물 전달, 바이오 저장 시스템 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 중앙대 우상혁 교수 연구팀이 가천대 고종국 교수 연구팀, 후지이 슈지(Syuji Fujii)오사카과학기술대 교수 연구팀과 공동으로 수행했으며, 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다.