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초음파와 마찰전기에 반응해 스스로 약물을 주입하는 스마트 패치 개발
초음파와 마찰전기에 반응해 스스로 약물을 주입하는 스마트 패치 개발
  • 김재호
  • 승인 2021.11.30 09:58
  • 댓글 0
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DGIST 박치영 교수팀, 극소량의 약물을 장기‧주기적으로 전달할 수 있는 삽입‧부착형 패치 개발
저전력/초음파 감응 초분자 나노 소재를 통한 고성능 의료용 소자 적용 가능성 제시해

DGIST(총장 국양)는 에너지공학전공 박치영 교수팀이 극소량의 약물의 장기적이고 주기적인 전달을 가능케 하는 초분자 복합체를 이용해 몸 속 주입형 젤과 피부 부착형 패치 개발에 성공했다고 30일 밝혔다. 이번에 개발된 복합체는 저전력 및 초음파를 감응하는 나노 소재로 제작돼, 향후 고성능 의료용 소자로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

신호에 반응해서 특정 약물을 정해진 양만큼 방출하게끔 하는 복합체를 개발하는 것은 스마트 약물 전달 시스템 연구에서 많은 관심을 받아왔다. 하지만 이러한 복합체는 합성이 복잡하고, 거기에 정제 과정까지 거쳐야 할 뿐만 아니라, 다양한 자극에 감응해 정확한 양의 약물을 방출하도록 제작하는 데에 한계가 있어, 개발에 어려움이 있어왔다. 

자극 감응형 기능성 나노입자 및 하이드로젤 활용. 이미지=DIGIST

이에 DGIST 에너지공학전공 박치영 교수팀은 탄닌산과 철이온의 배위 결합체가 단시간 내에 형성이 가능하다는 점을 이용해 복합체를 단시간 내에 제조하는데 성공했다. 박치영 교수팀은 2~50nm 사이의 구멍을 여러 개 갖는 물질인 ‘메조포러스 실리카 나노입자’에 약물을 담지(擔持) 시키고 여기에 배위 결합체를 코팅해, 약물 방출을 제어할 수 있도록 했다. * 배위결합(coordinate covalent bond): 결합에 관여하는 2개의 원자 중 한쪽 원자만을 중심으로 생각할 때, 결합에 관여하는 전자가 형식적으로 한쪽 원자로부터만 제공되어있는 결합

또한 연구팀은 코팅된 나노입자가 전기 또는 초음파와 감응해 극소량의 약물을 선택적으로 방출할 수 있게 했으며, 이를 인체 내 삽입이 가능한 젤 형태 및 패치 형태로 제작했다. 그 결과, 연구팀은 복합체가 포함된 젤이나 패치가 초음파, 마찰전기와 같은 자극에 반응해 일정량의 약물을 방출하는 것이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

추가적으로, 개발된 복합체가 패치나 젤 형태로 삽입‧부착될 경우, 원격 또는 마찰전기와의 감응을 통해 약물의 방출량을 조절할 수 있다. 이는 배터리 없이 작동이 가능한 것을 의미해, 향후 웨어러블 소자 제작에 있어 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST 에너지공학전공 박치영 교수는 “이번에 개발한 기술은 전기 신호, 초음파, 응력, 마찰전기 등에 정교하게 감응하며 장기간 적정량의 약물전달이 가능한 원천 기술이다”며 “다양한 부착형 패치 및 삽입형 젤 시스템에서도 적용할 수 있을 것”이라 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원 사업과 나노 및 소재 기술개발사업 지원을 받아 수행됐으며, DGIST 에너지공학전공 박치영 교수의 기존 연구를 바탕으로 최경현 박사과정생이 제1저자로 참여했다. 연구결과는 나노 재료 분야 국제 학술지인 ‘ACS NANO’에 9월 9일(목) 온라인 게재됐다. 

김재호 기자 kimyital@kyosu.net


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