한국연구재단은 서울과학기술대 윤현식 교수와 서울대 이원보 교수 공동 연구팀이 하이드로젤 미세 기공을 종이접기처럼 설계해 팽창 시 정밀하게 약물을 전달할 수 있는 제어 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

하이드로젤은 온도나 산도(pH) 같은 환경 자극에 따라 물을 흡수하거나 방출하는 원리로 부피를 자유자재로 변화시킬 수 있고, 생체적합성이 높아 의약 분야에 활용할 수 있다.

하이드로젤의 미세한 기공 구조를 이용하면 약물을 원하는 부위에 천천히 배출할 수 있지만, 반응 속도가 느리고 구조 변형이 불규칙해 정밀하게 제어하기가 어려웠다.

특히 기존 원형 기공 중심 구조는 팽창 시 작동 방향이나 개폐 정도를 조절하는 정량적 제어가 어려웠다.

연구팀은 종이접기 원리에 착안, 힌지(hinge·접힘)와 면을 하이드로젤 기공 가장자리에 도입해 팽창 시 정해진 방향으로 접히도록 유도하는 기공 구조를 설계했다.

외부 장치나 복잡한 제어 시스템 없이 기하학적 구조 설계만으로 하이드로젤의 작동 방향, 속도, 복원성 등을 동시에 제어할 수 있다.

접힘 정도를 정량적으로 조절할 수 있으며, 반복적인 팽창·건조 사이클을 10차례 이상 수행한 후에도 초기 형태 대비 92%의 복원율을 유지했다.

개발한 미세기공을 통해 미세먼지 크기와 비슷한 5㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ), 20㎛, 50㎛ 크기의 미세입자를 단계적으로 방출하는 데 성공했다.

윤현식 교수는 "팽창 시 스스로 접히는 면 기반 접힘 구조를 통해 하이드로젤의 불규칙한 변형 문제를 해결했다"며 "약물을 한 번에 방출하지 않고 다단계·정량적으로 전달할 수 있다"고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '매터'(Matter) 지난달 30일 자에 실렸다.