중앙대 연구팀이 과일 껍질 구조를 본뜬 다층 보호막 기술을 개발해 하이드로겔의 탈수 문제를 해결했다. 공기 중에서도 수분을 오래 유지하고 자가복원 기능까지 갖춰 바이오소재와 소프트로보틱스 분야 활용 가능성을 높였다는 평가다.

중앙대는 화학공학과 우상혁 교수 연구팀이 가천대 고종국 교수 연구팀, 일본 오사카공업대학(Osaka Institute of Technology) 후지이 슈지(Syuji Fujii) 교수 연구팀과 공동으로 하이드로겔의 안정성과 기능성을 높이는 다층 캡슐화 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

하이드로겔은 수분 함량이 높고 생체 적합성이 뛰어나 조직공학과 약물전달, 바이오소재 등에 널리 활용된다. 하지만 공기 중에서 수분이 빠르게 증발하고 표면 기능화가 어려워 활용 범위가 제한된다는 한계가 있었다.

연구팀은 액체 방울을 소수성 입자로 감싸는 ‘리퀴드 마블(Liquid Marble)’ 개념을 확장해 하이드로겔 표면에 3중 보호막을 형성하는 기술을 개발했다. 보호막은 하이드로겔 표면의 1차 입자층, 중간 오일층, 외부 2차 입자층으로 구성되며 연구팀은 이를 ‘멀티레이어드 마블(Multi-Layered Marble·MLM)’ 구조라고 명명했다.

실험 결과 MLM 구조를 적용한 하이드로겔은 공기 중에 일주일 이상 방치해도 90% 이상의 수분을 유지했다. 내부에서 배양한 세포 역시 탈수 없이 높은 생존율을 보였다.

또 보호막은 바늘로 물질을 주입하거나 추출한 뒤에도 수초 내 원래 상태로 복원되는 자가복원 기능을 나타냈다. 연구팀은 이를 통해 세포 저장 시스템과 미세 반응기 등으로 활용할 수 있는 가능성을 확인했다고 설명했다.

연구진은 이 기술이 기계적 물성을 크게 바꾸지 않으면서도 외부 환경으로부터 보호 기능을 제공해 소프트로봇과 약물전달 시스템, 바이오 저장 기술 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

우상혁 교수는 “하이드로겔과 소수성 물질 사이의 계면 불안정 문제를 해결할 수 있는 범용 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 크다”며 “소프트로보틱스와 약물전달, 바이오 저장 시스템 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다.