신소재공학과 홍승범 교수팀, 골 형성력 갖춘 생체 모방 지지체 개발
하이드록시아파타이트에 고분자 필름 융합…기존 소재 한계 극복
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▲KAIST 신소재공학과 홍승범 교수(오른쪽)와 주소연 박사과정 학생이 새로 개발한 생체 모방 지지체를 들어보이고 있다. 사진=KAIST |
[에너지경제신문 김철훈 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 압력을 가하면 전기적 신호가 발생해 뼈조직의 성장을 촉진시킴으로써 ‘뼈에 붙이는 반창고’ 역할을 할 수 있는 신소재를 개발했다.
KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 김장호 교수 연구팀과 협업을 통해 하이드록시아파타이트(HAp)의 골 형성능력을 활용한 생체 모방 지지체를 개발했다고 25일 밝혔다.
하이드록시아파타이트(HAp)는 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로, 충치를 예방하는 특성이 있어 치약에도 쓰이는 생체 친화적 미네랄 물질이다.
기존에 압력을 가하면 전기적 신호를 발생시켜 뼈 재생을 촉진하는 압전 지지체들은 주로 고분자 소재에서 연구돼 왔지만, 최적의 골조직 재생에 필요한 복잡한 세포 환경을 모사하는데 한계가 있었다.
이번에 홍승범 교수 연구팀은 생체 친화적 물질인 HAp를 고분자 필름과 융합, HAp 고유의 골 형성 능력을 기반으로 유연하면서도 압전성을 지닌 생체 골조직 환경 모방 소재를 개발하는데 성공했다.
홍 교수팀이 만든 신소재 지지체는 실험 쥐를 대상으로 한 체내·외 실험에서 뼈 재생을 가속하는 놀라운 잠재력을 입증했다.
나아가 연구팀은 원자간력현미경(AFM) 분석을 통해 이 신소재 지지체가 어떤 원리로 골 재생 효과를 내는지와 지지체의 압전성 및 표면특징이 뼈 성장인자 발현에 어떤 영향을 미치는지도 조사했다.
이번 연구는 홍승범 교수 연구팀 소속 주소연 박사과정 학생과 김소연 석사가 공동 제1저자로 참여했으며 지난 4일 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머터리얼스 & 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)’에 게재됐다. 또한 전남대 김장호 교수팀의 권용현 박사과정 학생이 공동 제1저자로, 김장호 교수가 공동교신저자로 기여했다.
이 연구는 KAIST 연구진흥팀, KUSTAR-KAIST 공동연구센터, KAIST의 글로벌 특이점 사업과 정부의 재원으로 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받아 수행됐다.
홍승범 교수는 "뼈의 재생 속도를 가속화시키는 효과를 통해 ‘뼈 반창고’ 같은 역할을 하는 하이드록시아파타이트(HAp) 융합 압전성 복합소재를 개발했다"며 "이번 연구는 생체 재료 설계에 새로운 방향성을 제시하는 데에 그치지 않고, 재료의 압전성과 표면적 특성이 뼈 재생에 미치는 영향을 탐구한 데에 의의가 있다"고 강조했다.
kch0054@ekn.kr
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