가천대·일보 오사카과학기술대 연구팀과 공동 연구
중앙대는 우상혁 교수 연구팀이 가천대학교 고종국 교수 연구팀, 일본 오사카과학기술대학교 Syuji Fujii 교수 연구팀과 공동으로 하이드로겔 표면에 다층 보호막을 형성하는 캡슐화 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.
하이드로겔은 높은 수분 함량과 우수한 생체적합성으로 바이오·의료 분야를 비롯한 다양한 산업에서 활용되고 있다. 그러나 공기 중에서 수분이 빠르게 증발해 물성이 저하되고, 표면의 수화층 때문에 기능성 물질을 입히거나 표면을 개질하기 어렵다는 한계가 있었다.
연구팀은 액체 방울을 소수성 입자로 감싸는 ‘리퀴드 마블(Liquid Marble)’ 개념을 확장해 하이드로겔 표면에 3중 구조의 보호막을 형성하는 기술을 개발했다. 연구팀은 이를 ‘멀티레이어드 마블(Multi-Layered Marble·MLM)’이라고 명명했다.
MLM은 하이드로겔 표면에 부착된 1차 입자층, 그 위를 덮는 균일한 오일층, 외부를 감싸는 2차 입자층으로 구성된다. 연구팀에 따르면 1차 입자층은 하이드로겔과 오일 사이의 계면을 안정화하고, 2차 입자층은 오일 누출을 막아 장기적인 안정성을 확보한다. 이는 과육과 껍질이 결합된 과일 구조와 유사한 방식으로 친수성 하이드로겔에 소수성 보호층을 구현한 것이다.
실험 결과 MLM 보호막을 적용한 하이드로겔은 일주일 이상 공기 중에 노출돼도 90% 이상의 수분을 유지했다. 또한 보호막 내부에서 배양한 세포 역시 탈수 없이 높은 생존율을 보였다.
연구팀은 해당 기술이 자가수복(Self-healing) 기능도 갖췄다고 설명했다. 바늘로 내부 물질을 주입하거나 추출한 뒤에도 수초 내에 보호막이 다시 복원돼 마이크로 반응기나 세포 저장 시스템 등에 활용할 수 있다는 것이다.
연구팀은 이번 기술이 기계적 특성을 크게 변화시키지 않으면서도 외부 환경으로부터 하이드로겔을 보호할 수 있어 소프트 로보틱스, 약물 전달, 바이오 저장 시스템 등 다양한 분야에 적용될 것으로 기대하고 있다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 ‘Multi-Layered Marble for Hydrogel Encapsulation’이라는 제목으로 게재됐다.
우상혁 교수는 “하이드로겔과 소수성 물질 간 계면 불안정 문제를 해결할 수 있는 보편적인 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 소프트 로보틱스와 약물 전달, 바이오 저장 시스템 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.
