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고분자공학과 이동윤 교수팀, 천연고분자 기반 나노 단섬유를 활용한 혈관의료기기용 다기능성 코팅 기술 개발
- 2024-08-29 13:23
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고분자공학과 이동윤 교수팀과 한국생산기술연구원 공동연구팀은 항균/항혈전/저마찰 특성을 갖는 다기능성 천연고분자 유도체인 카복시메틸 키토산 (O-Carboxymethyl chitosan)의 나노 단섬유화 및 간단한 코팅을 통하여 감염, 혈전증 및 혈관손상을 방지할 수 있는 기능성 코팅 기술을 개발하였다.
카테터 스텐트 등 혈관용 의료기기의 기존 코팅 기술은 은, 항생제, 해파린 등 기능성 제재를 친수성 합성 하이드로겔 소재에 복합화 및 코팅함으로써 제조되는데 이는 독성, 내성 고분자 색전증 등의 합병증에 노출되며, 성능의 점진적 열화 등의 단점이 그간 내재되어 왔다. 최근 나노구조 표면 구현을 통해 균 및 혈액 세포의 부착 억제 효과를 부가하여 그 성능을 향상시키는 연구가 다수 보고되고 있지만 긴 시간 및 복잡한 제조공정의 한계에 직면해 있다.
이에 공동 연구팀은 생체소재로서 각광받는 천연고분자 유도체인 카복시메틸 키토산을 나노 단섬유화 하여 기기에 코팅함으로써 기존 코팅기술의 성능 및 공정적 한계를 극복한 코팅 기술을 세계 최초로 개발하였다. 해당 기술은 카복시메틸 키토산을 전기방사 및 단섬유로 절단하여 간단한 스프레이 코팅 공정으로 단시간에 하이드로겔 기반 나노 구조 코팅층을 제조하며, 코팅 시 섬유간 엉킴 및 접합으로 기존 나노 입자 코팅 대비 우수한 코팅 내구성을 확보할 수 있는 특징을 갖는다. 또한, 제조된 코팅층은 내재된 항균성 특성과 함께 초친수성 표면으로 발생되는 높은 밀도의 수층으로 인해 혈액 세포 및 균의 부착 억제 효과를 가져 우수한 성능을 구현한다. 개발된 코팅법이 적용된 의료기기는 처리되지 않은 표면 대비 각각 96%, 97%의 우수한 대장균 (Escherichia coli) 및 혈전 부착 감소율을 보임과 동시에, 기존 하이드로겔 코팅 기술과 비교 시 뛰어난 저마찰 성능 및 코팅 내구성을 보였다.
이번 연구의 1저자는 이동윤 교수 연구실에서 박사 학위 후 한국화학연구원에서 근무하고 있는 박세계 박사로 본 연구결과는 나노 분야 국제 저명 학술지인 ‘나노 레터스 (Nano Letters, IF=9.6, JCR 상위 12.4%)’에 게재되었으며 표지논문에 선정되었다.
<사진 왼쪽부터 이동윤 교수, 박세계 박사>
카테터 스텐트 등 혈관용 의료기기의 기존 코팅 기술은 은, 항생제, 해파린 등 기능성 제재를 친수성 합성 하이드로겔 소재에 복합화 및 코팅함으로써 제조되는데 이는 독성, 내성 고분자 색전증 등의 합병증에 노출되며, 성능의 점진적 열화 등의 단점이 그간 내재되어 왔다. 최근 나노구조 표면 구현을 통해 균 및 혈액 세포의 부착 억제 효과를 부가하여 그 성능을 향상시키는 연구가 다수 보고되고 있지만 긴 시간 및 복잡한 제조공정의 한계에 직면해 있다.
이에 공동 연구팀은 생체소재로서 각광받는 천연고분자 유도체인 카복시메틸 키토산을 나노 단섬유화 하여 기기에 코팅함으로써 기존 코팅기술의 성능 및 공정적 한계를 극복한 코팅 기술을 세계 최초로 개발하였다. 해당 기술은 카복시메틸 키토산을 전기방사 및 단섬유로 절단하여 간단한 스프레이 코팅 공정으로 단시간에 하이드로겔 기반 나노 구조 코팅층을 제조하며, 코팅 시 섬유간 엉킴 및 접합으로 기존 나노 입자 코팅 대비 우수한 코팅 내구성을 확보할 수 있는 특징을 갖는다. 또한, 제조된 코팅층은 내재된 항균성 특성과 함께 초친수성 표면으로 발생되는 높은 밀도의 수층으로 인해 혈액 세포 및 균의 부착 억제 효과를 가져 우수한 성능을 구현한다. 개발된 코팅법이 적용된 의료기기는 처리되지 않은 표면 대비 각각 96%, 97%의 우수한 대장균 (Escherichia coli) 및 혈전 부착 감소율을 보임과 동시에, 기존 하이드로겔 코팅 기술과 비교 시 뛰어난 저마찰 성능 및 코팅 내구성을 보였다.
이번 연구의 1저자는 이동윤 교수 연구실에서 박사 학위 후 한국화학연구원에서 근무하고 있는 박세계 박사로 본 연구결과는 나노 분야 국제 저명 학술지인 ‘나노 레터스 (Nano Letters, IF=9.6, JCR 상위 12.4%)’에 게재되었으며 표지논문에 선정되었다.
<사진 왼쪽부터 이동윤 교수, 박세계 박사>