종이처럼 쉽게 접고 자를 수 있는 맞춤형 전기 자극 물질을 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다. 9일 UNIST에 따르면 신소재공학과 김지윤, 차채녕, 송명훈 교수팀은 무선 전기 자극 기능을 가진 유연하고 생분해 가능한 ‘종이형 전기 자극 물질’을 세계 최초로 만들었다.
기존 삽입형 전기 자극 기기는 전기적 자극을 통해 신경세포 활동과 조직 재생을 촉진했다. 그러나 모양과 크기를 실시간으로 변경하기 어려웠고, 신체 조직과 이물 반응을 유발하기도 해 제거 수술을 해야 하는 등 한계가 있었다. 이에 연구팀은 기능성 나노 재료를 실시간으로 다양한 형태로 바꿀 수 있는 ‘종이형 무선 전기자극 물질’을 개발하는 데 성공했다.
연구팀은 우선 외부 자기장에 반응해 전기 자극을 생성할 수 있는 자기전기 나노입자를 합성했다. 나노 입자는 서로 다른 물질로 이뤄진 코어(알맹이)와 셸(껍데기)이 맞붙은 모습으로, 합성된 ‘코어@셸’ 형태다. 외부 자기장에 반응해 변형을 일으키는 자왜 코어와 변형을 전기 자극으로 변환하는 압전 셸로 이뤄진다. 이 특성을 활용해 배터리 없이 무선으로 신체 내부에 전기 자극을 줄 수 있다.
연구팀은 나노입자를 쉽게 분해되는 생분해성 나노섬유 내부에 결합했다. 생분해되는 종이 형태의 다공성 무선 전기 자극 재료를 만든 것이다. 제작된 물질은 종이처럼 부드러우며 유연하고, 뇌 모형과 같은 울퉁불퉁하게 굴곡진 표면을 따라 부착할 수 있다. 특히 손상된 신경을 재생시키기 위한 원통 모양의 신경 유도 도관을 400㎛(마이크로미터·1㎛는 100만분의 1ｍ) 반지름으로 제작할 수 있을 만큼 가공성도 뛰어나다고 연구팀은 설명했다.
김지윤 교수는 “개발된 재료는 고유 기능을 유지하며 장기 크기인 수십 ㎝ 단위부터 신경세포의 크기인 ㎛ 단위까지 자유롭게 크기를 조절할 수 있다”며 “광범위한 의료 분야에서 신속한 프로토타입 제작과 맞춤형 전기 자극 치료 설루션 개발을 앞당길 것”이라고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials) 표지 논문으로 선정돼 지난 2일 정식 출판됐다.
연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 지원을 받았다.