▲미래혁신소재 글로벌 선도연구센터 센터장을 맡고 있는 국립한국교통대학교 화공생물공학과 이용규 교수.

국립한국교통대학교 미래혁신소재 글로벌 선도연구센터(RLRC)는 안정만 박사와 이용규 교수가 참여한 공동연구팀이 3D 프린팅이 가능하고 생분해성과 전기전도성을 갖춘 다기능 하이드로젤 기반의 '전자피부(E-skin)'를 개발했다고 밝혔다.

이번 연구에는 국립한국교통대학교 미래혁신소재 글로벌 선도연구센터 소속 안정만 박사가 공동 제1저자로, 화공생물공학과 이용규 교수가 공동 교신저자로 참여하였다.

연구 성과는 재료과학 분야의 국제학술지 'Advanced Functional Materials'에 「3D-Printable, Biodegradable, and Conductive/Piezoionic Hydrogel 'E-Skin' With Robust Antibacterial Properties for Wound Healing and Wireless Human-Machine Interface Sensing」라는 제목으로 게재되었다.

연구팀은 젤라틴 메타크릴레이트(GelMA)와 알지네이트로 구성된 이중 네트워크에 TEMPO 산화 셀룰로오스 나노결정(TOCNC)과 전도성 이차원 나노소재인 맥신(MXene)을 결합한 'GACM 하이드로젤'을 개발하였다.

개발된 하이드로젤은 외부 압력이나 움직임이 가해질 때 내부 이온의 이동과 전하 재배열을 통해 전기신호를 스스로 생성할 수 있으며, 외부 전원 없이도 사람의 움직임을 감지할 수 있다.

연구팀은 하이드로젤을 이용해 손가락과 손목, 무릎, 팔꿈치 등의 움직임을 실시간으로 감지하였다.

감지된 신호를 블루투스 기반 무선 시스템과 연동해 사람의 손가락 움직임으로 로봇 손을 실시간 제어하는 데도 성공하였다.

이는 지능형 의수와 소프트 로봇, 웨어러블 건강 모니터링 장치 등에 적용할 수 있는 가능성을 보여준다.

GACM 하이드로젤은 스마트 상처 드레싱으로서의 기능도 갖췄다.

하이드로젤에 탑재된 커큐민이 상처 부위의 산성 환경에 반응해 방출되며, 맥신과의 복합 작용을 통해 병원성 세균을 95% 이상 감소시키는 우수한 항균 효과를 나타냈다.

동물모델을 활용한 실험에서는 GACM 하이드로젤 적용군이 처치 후 14일째 약 88.67%의 상처 폐쇄율을 보였다.

이는 대조군과 일반 하이드로젤 적용군보다 높은 수치다.

조직학적 분석에서도 피부의 재상피화와 콜라겐 형성이 촉진되고 섬유화 관련 유전자 발현은 감소한 것으로 나타났다.

아울러 개발된 하이드로젤은 압출 과정에서는 부드럽게 흐르고 출력 후에는 형태를 유지하는 특성을 갖춰 벌집과 나선형 등 복잡한 구조로 정밀하게 3D 프린팅할 수 있다. 피부를 비롯한 건조하거나 습윤한 다양한 표면에서도 안정적인 접착력을 보였다.

공동 교신저자인 국립한국교통대학교 이용규 교수는 "이번 연구는 3D 프린팅, 자가발전형 신체 움직임 감지, 무선 로봇 제어, 항균 및 상처 재생 기능을 하나의 생분해성 하이드로젤 플랫폼에 통합했다는 점에서 의미가 있다"며 "향후 스마트 상처 드레싱과 웨어러블 바이오센서, 전자피부 및 의료용 인간-기계 인터페이스 기술로 확장할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

논문은 Wiley Online Library에서 확인할 수 있다.
(DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.77075)

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