상온에서 30분 만에 만들어 상처에 '찰싹'…다기능 바이오소재 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 상처에는 빠르게 달라붙어 피를 멎게 하고 유리나 플라스틱에 코팅하면 물방울이 맺히지 않고 닿자마자 쫙 퍼지게 하는 바이오소재가 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 화학과 이해신 교수 연구팀이 갑각류 껍데기에서 얻는 천연 고분자 물질 '키토산(CHI)'과 식물 등 생물자원에서 얻을 수 있는 바이오매스 기반 원료 '1,2,4-벤젠트리올(BTO)'을 이용해 접착과 초친수성 표면처리 기능을 동시에 갖는 폴리페놀 바이오접착 소재 'CHI-B'를 개발했다고 15일 밝혔다.

CHI-B의 특징은 하나의 소재로 강한 접착성과 물이 잘 퍼지는 표면 특성을 동시에 구현할 수 있다는 점이다. 상처에서는 빠르게 달라붙어 출혈 부위를 막고, 유리나 플라스틱 등에 코팅하면 물이 닿는 즉시 넓게 퍼지는 표면을 만든다.

특히 100만 분의 10 수준인 극미량의 10ppm 요소를 함께 사용하면 CHI-B 코팅 표면을 초친수성으로 만들 수 있었다.

초친수성은 물방울이 표면에 동그랗게 맺히지 않고 닿자마자 넓고 얇게 퍼져 표면을 적시는 성질이다. 연구팀은 CHI-B를 유리뿐 아니라 테플론·플라스틱·이산화티타늄 등 소재에 균일하게 코팅하는 데 성공했다.

코팅 안정성도 확인했다. CHI-B로 처리한 표면은 1년이 지나도 물이 잘 퍼지는 우수한 젖음 특성을 보였다. 이는 다양한 소재의 표면 성질을 바꾸는 기능성 코팅이나 바이오센서·의료기기 등의 표면처리 소재로 활용될 가능성을 보여준다.

연구팀은 CHI-B의 강한 접착력을 이용해 의료용 지혈 소재로서의 가능성도 확인했다. 출혈이 생긴 생쥐의 간에 CHI-B 스펀지를 적용한 결과, CHI-B가 출혈 부위에 빠르게 달라붙어 상처를 물리적으로 막으면서 지혈을 도왔다. 세포 독성 평가에서는 높은 생체적합성을 보였다.

바이오접착제를 만들 때 고가의 시약과 복잡한 후처리가 필요한 기존과 달리, 제조 과정을 크게 단순화했다는 점도 강점이다.

연구팀은 BTO가 공기 중 산소와 만나 자연스럽게 산화되는 성질에 주목했다. 산화된 BTO는 다른 물질과 쉽게 결합할 수 있는 '파라-퀴논'이라는 반응성이 높은 구조로 바뀌어 키토산에 있는 '아민기'와 빠르게 반응한다.

아민기는 질소와 수소를 포함한 화학 구조로, 이번 반응에서는 두 물질이 결합하는 연결 부위 역할을 한다. 이 원리를 이용하면 별도의 화학 결합제나 가열 과정 없이 상온에서 30분 이내에 CHI-B를 만들 수 있다.

연구팀은 실험실 환경에서 수십 리터 규모까지 생산 규모를 확대해 대량생산 가능성도 확인했다. 물에 잘 녹지 않아 활용이 제한적인 키도산에 비해 CHI-B는 우리 몸과 비슷한 중성 환경에서도 높은 융해도를 보였다.

이번 연구는 지혈 소재를 비롯해 바이오센서·의료기기, 물의 젖음 특성을 조절해야 하는 다양한 기능성 표면처리 소재 등으로 활용 범위가 확대될 것으로 기대된다.

연구팀은 용도별 성능과 안정성, 장기 보관성 및 실제 사용 환경에서의 성능을 추가 검증하고 기업 협력과 기술이전을 통해 제품화 및 대량생산을 목표로 하고 있다.

이 교수는 "이번 연구는 하나의 바이오소재로 강한 접착성과 물이 빠르게 퍼지는 초친수성 표면 특성을 함께 구현했다는 데 의미가 있다"며 "제조 과정도 단순하고 생산 규모를 확대할 가능성까지 확인했다"고 말했다.

KAIST 화학과 석박통합과정 김은우 학생이 제1저자로, 이 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구는 재료과학 분야 국제 학술지 '머티리얼스 호라이즌스(Materials Horizons)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr