우상혁(왼쪽부터) 중앙대 교수, 김현진 박사후연구원, 고종국 가천대 교수 [중앙대 제공]

[헤럴드경제=전새날 기자] 중앙대학교 연구팀이 쉽게 마르고 기능을 잃는 하이드로겔의 단점을 보완할 수 있는 새로운 캡슐화 기술을 개발했다.

중앙대학교는 우상혁 화학공학과 교수 연구팀이 고종국 가천대학교 교수 연구팀, 일본 오사카과학기술대학교 연구팀과 공동으로 하이드로겔 표면에 3중 보호막을 형성하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

하이드로겔은 물을 많이 머금고 있어 인체 조직과 비슷한 특성을 지닌 소재다. 다만 공기 중에 노출되면 수분이 빠르게 증발해 쉽게 마르고 성능이 떨어지는 것이 한계로 꼽혀왔다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 액체 방울 표면을 소수성 입자로 감싸는 ‘리퀴드 마블(Liquid Marble)’ 개념을 응용했다.

연구팀이 개발한 구조는 하이드로겔 표면에 입자층을 먼저 형성한 뒤 그 위를 얇은 오일층으로 덮고 다시 바깥을 입자층으로 감싸는 방식이다. 연구팀은 이 구조를 ‘멀티레이어드 마블(Multi-Layered Marble·MLM)’이라고 이름 붙였다. 수분을 머금은 과육 위에 단단한 껍질을 씌운 과일처럼 물을 좋아하는 하이드로겔 표면에 물을 튕겨내는 보호막을 안정적으로 형성한 것이다.

실험 결과 MLM 보호막이 적용된 하이드로겔은 공기 중에 일주일 이상 방치해도 수분의 90% 이상을 유지했다. 일반적인 하이드로겔이 빠르게 건조되는 것과 비교하면 수분 유지 성능이 크게 향상된 셈이다.

세포 배양 실험에서도 효과가 확인됐다. 연구팀은 MLM 구조 안에서 배양한 세포가 탈수 현상 없이 높은 생존율을 유지했다고 설명했다. 또 보호막이 손상되더라도 스스로 복원되는 ‘자가수복(Self-healing)’ 기능을 갖춘 점도 특징이다. 바늘로 내부 물질을 주입하거나 꺼낸 뒤에도 수초 안에 원래 상태로 회복됐다.

우상혁 교수는 “이번 연구는 하이드로겔과 소수성 물질 간의 계면 불안정 문제를 해결할 수 있는 보편적인 플랫폼을 제시했다”며 “향후 소프트 로보틱스, 약물 전달, 바이오 저장 시스템 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.