방탄복 소재인 아라미드의 하이드로겔화를 통해 초강도 바이오 섬유 제조

 

▲ 엄영호 유기나노공학과 교수

엄영호 유기나노공학과 교수 연구팀이 초강력 수분 함유 하이드로겔 섬유 제조 기술을 개발했다. 해당 기술은 아킬레스건에서 영감을 받아 개발되었으며, 신속한 제조가 가능하다는 것이 특징이다. 이번 연구를 통해 하이드로겔 기반 섬유의 기계적 강도를 획기적으로 개선하고, 이를 빠르게 제조할 수 있는 방안을 마련해 다양한 생체 의료 응용 가능성을 열었다.

엄 교수 연구팀이 개발한 기술은 기존 하이드로겔 소재의 낮은 기계적 강도를 보완했다. 연구팀이 개발한 섬유는 하이드로겔의 높은 수분 함량(80% 이상)을 유지하면서, 나노 구조화를 통해 기존 섬유 대비 훨씬 높은 기계적 강도를 가질 수 있도록 제작했다. 연구팀은 “기존 하이드로겔 소재는 높은 수분함량으로 낮은 기계적 강도가 단점이었다”며 “개발된 섬유는 높은 수분함량을 가지고 있지만, CY-ANFs(사이아노-p-아라미드 나노섬유)와 PVA(폴리비닐알코올)의 시너지 효과를 통해 강도를 극대화할 수 있었다”고 밝혔다.

엄 교수 연구팀이 개발한 하이드로겔 섬유는 인장 강도 7.9 MPa, 인장 탄성률 276.1MPa 수준이고, 피단 신율은 300% 이상으로 우수한 연신성을 보였다. 높은 수분 함량을 유지하면서 우수한 기계적 특성을 확보한 것이 이번 연구의 주요 성과다.

 

▲ 엄 교수 연구팀이 개발한 하이드로겔 소재는 높은 수분 함량을 유지하면서, 기존 소재의 단점인 낮은 강도를 보완했다. (ⓒ엄영호 교수 연구팀)
▲ 엄 교수 연구팀이 개발한 하이드로겔 소재는 높은 수분 함량을 유지하면서, 기존 소재의 단점인 낮은 강도를 보완했다. (ⓒ엄영호 교수 연구팀)

엄 교수 연구팀이 개발한 하이드로겔 섬유는 신체 내부 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있어 생체 의료 응용 가능성이 높다. 조직 공학, 인공 힘줄 및 인대, 스마트 섬유 등 다양한 분야에 활용될 가능성이 크다. 특히 기존 섬유 대비 유연하고, 강한 구조를 유지할 수 있어, 차세대 의료용 소재로 활용성이 높다.

엄 교수는 “이번 연구는 생체적 적합성이 뛰어나면서도 강력한 하이드로겔 섬유를 신속하게 제조할 수 있는 혁신적인 방법을 제시한 것”이라며 “앞으로 다양한 생체 의료 응용을 위한 연구를 지속할 것”이라고 말했다.

해당 연구는 국제 저명 학술지 ACS nano (JCR 2023, IF=15.8)에 지난 23일 게재됐다. 연구에는 김효정(유기나노공학 박사과정) 씨와 김현정(일반대학원 유기나노공학 24) 씨가 제1저자로 참여했다. 이번 연구는 생체재료 및 조직 공학 분야에 새로운 패러다임을 제시한 중요 연구로 평가 받고 있다.

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