[서울=뉴스핌] 송주원 기자 = 중앙대학교는 화학공학과 우상혁 교수 연구팀이 과일 껍질 구조를 모사해 하이드로겔의 안정성과 기능을 높일 수 있는 다층 캡슐화 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

이번 연구는 중앙대 우상혁 교수 연구팀과 가천대 고종국 교수 연구팀, 일본 오사카과학기술대학교 Syuji Fujii 교수 연구팀이 공동으로 수행했다.

하이드로겔은 수분 함량이 높고 생체적합성이 우수해 바이오, 의료, 산업 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 다만 공기 중에 노출되면 수분이 빠르게 증발하고 물성이 떨어지는 한계가 있었다. 표면에 형성된 수화층 때문에 표면 개질이나 기능 부여가 어렵다는 점도 해결 과제로 꼽혀 왔다.

연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 액체 방울을 소수성 입자로 둘러싸는 '리퀴드 마블' 개념을 하이드로겔 표면 개질에 적용했다. 이를 바탕으로 하이드로겔 표면에 3중 보호막을 형성하는 방식을 제시했다.

해당 구조는 하이드로겔 표면에 붙는 1차 입자층, 그 위에 균일하게 형성되는 오일층, 외부를 감싸는 2차 입자층으로 구성된다. 연구팀은 이를 '멀티레이어드 마블'이라고 명명했다.

1차 입자층은 하이드로겔과 오일 사이의 계면을 안정화해 오일이 고르게 퍼지도록 돕는다. 2차 입자층은 오일이 밖으로 새는 것을 막아 장기간 안정성을 확보하는 역할을 한다.

이는 수분을 머금은 과육과 소수성 껍질이 결합된 과일 구조와 유사하다. 연구팀은 친수성 하이드로겔 표면에도 소수성 보호층을 안정적으로 구현할 수 있음을 확인했다.

실험 결과 이 기술은 여러 종류의 하이드로겔에서 수분 증발을 효과적으로 억제했다. 공기 중에 일주일 이상 방치한 경우에도 90% 이상의 수분을 유지하는 것으로 나타났다.

MLM 보호막이 적용된 하이드로겔 안에서 배양한 세포도 일반 하이드로겔과 달리 탈수 없이 높은 생존율을 보였다. 보호막에는 자가수복 기능도 있어 바늘로 내부 물질을 주입하거나 추출한 뒤에도 수초 안에 다시 복원됐다.

연구팀은 이 같은 특성을 바탕으로 해당 기술이 마이크로 반응기와 세포 저장 시스템 등에 활용될 수 있을 것으로 보고 있다. 또 하이드로겔의 기계적 물성을 크게 바꾸지 않으면서 외부 환경으로부터 보호할 수 있어 소프트 로보틱스 분야에서도 활용 가능성이 클 것으로 기대하고 있다.

이번 연구 결과는 'Multi-Layered Marble for Hydrogel Encapsulation'이라는 제목으로 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.

우상혁 중앙대 교수는 "이번 연구는 하이드로겔과 소수성 물질 사이의 계면 불안정 문제를 해결할 수 있는 보편적 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다"며 "향후 소프트 로보틱스, 약물 전달, 바이오 저장 시스템 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

jane94@newspim.com