이해신(오른쪽) KAIST 교수와 양한열 연구원이 개발한 하이드로겔 소재를 확인하고 있다.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 접착 강도를 5배 이상 높여 기능성 화장품, 의료용 드레싱, 약물전달 패치 등에 활용 가능한 새로운 ‘하이드로겔’ 소재가 나왔다.

KAIST는 화학과 이해신 석좌교수 연구팀이 차와 과일 등에 풍부한 천연 항산화 성분인 폴리페놀의 일종인 탄닌산을 활용, 해조류 유래 하이드로겔의 기계적 강도와 접착성을 높이고 분해 속도까지 조절할 수 있는 새로운 소재 설계 전략을 개발했다고 9일 밝혔다.

하이드로겔은 콘택트렌즈, 여드름 패치, 마스크팩, 상처 치료용 드레싱 등에 사용되는 수분 함량이 높은 젤 소재다. 피부에 밀착되면서도 약물이나 유효성분을 머금고 있을 수 있어 약물전달체, 창상피복재, 조직공학용 지지체, 화장품 소재 등 다양한 바이오·헬스케어 분야에서 활용되고 있다. 하지만 하지만 기존 카파-카라기난으로 만든 하이드로겔은 강도와 접착성을 높이거나 분해 속도를 원하는 수준으로 조절하기 어려웠다.

이해신 교수는 이 같은 문제를 해결하기 위해 차와 과일 등에 풍부한 천연 폴리페놀인 탄닌산에 주목했다.

폴리페놀은 식물이 자외선이나 병해충 등 외부 환경으로부터 스스로를 보호하기 위해 만드는 천연 성분으로, 여러 물질과 동시에 결합할 수 있는 특성을 갖고 있다. 특히 탄닌산은 여러 개의 결합 부위를 갖고 있어 카파-카라기난의 황산기와 강하게 상호작용하며 분자들을 서로 연결할 수 있을 것으로 기대됐다.

하이드로겔 소재 활용 모식도(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]

연구 결과, 기존에는 하이드로겔 형성을 방해하는 요소로 여겨졌던 황산기가 오히려 탄닌산과 결합하는 핵심 부위로 작용한다는 사실을 확인했다. 즉, 약점으로 여겨졌던 구조가 탄닌산을 만나면서 하이드로겔을 더욱 단단하게 만드는 역할을 한 것이다.

실제 탄닌산을 첨가한 카파-카라기난 하이드로겔의 저장탄성률은 약 1632Pa로, 순수 카파-카라기난 하이드로겔(약 294Pa)보다 5배 이상 향상됐다. 이는 하이드로겔이 외부 압력이나 변형에도 더 안정적으로 형태를 유지할 수 있음을 의미하며, 상처 치료용 드레싱이나 약물전달 패치의 내구성과 사용성을 높일 수 있음을 보여준다.

연구팀은 빠른 분해성과 강한 접착성을 동시에 구현하는 데 성공했다. 탄닌산이 첨가된 하이드로겔은 인체의 위·장 환경을 모사한 실험에서 상대적으로 빠르게 분해되면서도 피부와 거친 표면에는 강하게 부착됐다. 이는 상처 치료용 드레싱이 사용 중에는 쉽게 떨어지지 않으면서도 역할을 마친 뒤에는 자연스럽게 분해될 수 있고, 약물전달 패치가 원하는 시간 동안 약물을 안정적으로 전달하는 데 활용될 수 있음을 의미한다.

이해신 교수는 “이번 연구는 자연 유래 소재만으로도 하이드로겔의 기계적 강도와 접착성, 분해 거동을 함께 설계할 수 있음을 보여준 사례”라며 “식품, 화장품, 바이오소재 분야에서 보다 안전하고 단순한 방식의 천연 고분자 겔 플랫폼으로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 생체모사 분야 국제학술지 ‘Biomimetics’에 4월 21일 게재됐다.