주사로 주입해 분해 속도 조절
지스트 신소재공학 이재영 교수팀, 재료 분야 저명 학술지 ‘스몰(Small)’에 게재
지스트(광주과학기술원, 총장직무대행 박래길) 신소재공학부 이재영 교수 연구팀은 주사로 주입할 수 있고 수명을 조절할 수 있는 생체 이식형 전도성 수화젤을 제작했다.
연구팀은 수화젤 기반의 생체 이식형 전극을 개발해 절개 없이 주사로 주입함으로써 감염 위험 등 부작용을 최소화하고 분해 속도를 조절하여 전극의 수명을 제어했다.
이식형 생체전극은 정밀한 생체 신호를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 파킨슨병 치료를 위한 심부 뇌 자극, 만성 통증 완화를 위한 척수 자극 등 선별적 전기 자극이 가능하며, 생리적 신호를 실시간 모니터링하여 특정 조직에 표적 약물을 전달하는 복합형 전극으로의 활용이 가능하다.
반면 기존 이식형 생체 전극은 절개 시술에 따른 상처, 감염 등 부작용이 생기거나 금, 백금과 같은 전도성 생체재료 이식 시 조직 손상 또는 극심한 염증 반응이 일어날 위험성이 있으며 이식 및 제거 시 수술이 필요하다.
전도성 수화젤은 수화젤 골격 고분자와 전도성 물질을 섞어 제작된다. 이렇게 제작된 전도성 수화젤은 전기적 특성이 우수하고 부드러우면서 유연하기 때문에 세포 지지체, 여러 전자 소자, 생체 전극 등 여러 분야에 응용된다.
연구팀은 클릭 화학 반응을 사용하여 생체전극을 주입할 수 있도록 설계했다. 주사형 전도성 수화젤의 경우, 곡면이나 조밀한 조직 내부에서 등각 접촉이 가능하다. 생분해성은 수화젤의 고분자 골격의 종류에 따라 분해 정도를 조절했으며, 생체 내에서 가수분해가 가능하도록 고분자와 안정적인 고분자를 사용했다.
이 수화젤은 기존 금속 기반 생체 전극과 비교해 절개 없이 주입할 수 있을 뿐만 아니라, 고성능 및 생체 적합성 측면에서 생체 신호 측정에 더 유리하여 3배 이상 높은 감도로 근전도 신호를 측정할 수 있다.
30 kPa의 기계적 특성과 20 mS/cm* 정도의 전도도를 보이며 생체조직과 유사한 부드러운 특성과 생체 신호를 효율적으로 측정할 수 있는 수준의 전기적 특성을 지닌다.
이재영 교수는 “기존 이식형 생체 전극의 한계를 뛰어넘는 제어 가능한 분해성, 안정성 및 주입성을 가진 전도성 수화젤을 제작했다”며 “향후 금속 기반의 전극을 대체해 인체에 활용될 수 있는 더욱 효율적인 생체 이식형 전극이나 조직 재생의 스마트 전극으로의 활용이 기대된다”고 말했다.
지스트 이재영 교수팀이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업과 한국연구재단 기초연구실사업의 지원을 받아 수행되었으며, 재료 분야 국제 학술지인 ‘스몰(Small)’에 2023년 2월 24일 온라인 게재됐다.