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POSTECH·케이메디허브 공동연구팀, 신경에 도포할 수 있는 전기 전도성 하이드로겔 개발

박영재 기자 | 기사입력 2022/08/30 [12:49]

POSTECH·케이메디허브 공동연구팀, 신경에 도포할 수 있는 전기 전도성 하이드로겔 개발

박영재 기자 | 입력 : 2022/08/30 [12:49]

【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 신소재공학과 김연수 교수·한임경 박사 연구팀이 대구경북첨단의료산업진흥재단(케이메디허브) 송강일 박사와의 공동연구를 통해 몸속에서 효과적으로 작동하는 전기 전도성 하이드로겔을 개발했다고 30일 밝혔다.

 

▲ 그래핀 기반 전도성 하이드로겔의 합성(위)과 쥐의 좌골 말초 신경 부착 후 저전류 전기 자극으로 다리운동 조절(아래)  © 포스텍


이 하이드로겔은 뇌처럼 굴곡이 많은 생체 표면에 균일하게 도포할 수 있어 신경 조절에 더욱 유리한 것으로 알려졌다.

 

POSTECH에 따르면신경 조절의 새 장을 연 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에 최근 게재됐다.

 

최근 새로운 재료를 사용해, 몸속에 이식할 수 있는 유연한 전기 전도체를 개발하는 연구가 진행되고 있다. 다만 이 전기 전도체가 실제로 적용되기 위해선 전기 전도성이 높아야 할 뿐만 아니라 생체 조직과의 유사성, 낮은 독성, 접착력 등 갖춰야 할 조건이 많다. 다만, 이를 모두 만족시키는 전기 전도체를 개발하기는 어려웠다.

 

연구팀은 이러한 조건을 충족하는 그래핀 기반 하이드로겔을 개발했다. 마이크로웨이브를 쪼기만 하면 흑연의 박리와 양쪽 이온성 단량체(zwitterionic monomers)의 중합이 동시에 일어나, 손쉽게 하이드로겔을 만들 수 있다.

 

이 하이드로겔은 전기 전도성이 높은 데다가 물속에서도 우수한 접착력을 유지하고, 형태가 바뀌지 않는다는 게 특징이다. 하이드로겔의 점탄성이 생체 조직의 특성과 매우 비슷해 염증 반응이나 접촉으로 인한 손상을 최소화할 수도 있다.

 

연구 결과, 쥐의 좌골 신경에 하이드로겔을 이식하고 저전류 전기 자극을 주자 신경 조절이 가능한 것으로 조사됐다. C2C12 세포를 이용한 세포독성시험, 쥐 조직에 대한 생체적합성 시험, 조직학적 분석을 통해 생체에 무해함도 확인됐다.

 

김연수 교수는 “전기 전도성 하이드로겔의 개발로 생체 조직과 전자공학의 연계성을 크게 높였다”며 “생체 조직과 비슷한 신경 외 전극 재료로서 향후 차세대 생체 전자공학 분야에 활발하게 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.

 

한편, 이 연구는 한국연구재단 신진연구자사업과 기초연구사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

 

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 

POSTECH-K-Medihub joint research team develops electrically conductive hydrogel that can be applied to nerves

 

 POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan) is a research team led by Professor Yeon-su Kim and Dr. Im-kyung Han of the Department of Materials Science and Engineering, through joint research with Dr. It was announced on the 30th that it was developed.

 

 This hydrogel is known to be more advantageous for nerve control because it can be uniformly applied to a biological surface with many curves, such as the brain.

 

  According to POSTECH, this research result, which opened a new chapter in neuromodulation, was recently published in the international academic journal 'Advanced Materials'.

 

  Recently, research is underway to develop flexible electrical conductors that can be implanted in the body using new materials. However, in order for this electrical conductor to be actually applied, it must have high electrical conductivity, and there are many conditions that must be met, such as similarity to living tissue, low toxicity, and adhesion. However, it has been difficult to develop an electric conductor that satisfies all of them.

   

  The research team has developed a graphene-based hydrogel that meets these conditions. Just by pecking with microwaves1), exfoliation of graphite and polymerization of zwitterionic monomers2) occur simultaneously, making it easy to make hydrogels.

 

  This hydrogel has high electrical conductivity, maintains excellent adhesion even in water, and does not change its shape. Since the viscoelasticity of the hydrogel is very similar to that of living tissue, it is possible to minimize damage caused by inflammatory reactions or contact.

 

  As a result of the study, it was investigated that nerve control was possible by implanting a hydrogel into the sciatic nerve of a rat and applying low-current electrical stimulation. Cytotoxicity test using C2C12 cells, biocompatibility test on mouse tissue, and histological analysis were also confirmed to be harmless to the living body.

 

  Professor Kim Yeon-soo said, “With the development of electrically conductive hydrogels, the linkage between biological tissues and electronics has been greatly improved. .

 

  Meanwhile, this study was conducted with support from the National Research Foundation's New Researchers Project and Basic Research Project.

편집국장 입니다. 기사제보:phk@breaknews.com
 
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