새로운 의료용 접착제로 사용되는 것 외에도 새로운 재료는 완전히 손상되지 않은 모낭을 피부에 이식하는 현재의 방법으로는 여러 번 반복할 수 없는 새로운 모발 이식 방법을 개발하는 데 적용될 수 있습니다.
의료용 접착제는 상처치유, 지혈, 혈관문합, 조직공학 등 다양한 용도로 적용할 수 있는 소재로 최소침습 수술 및 장기이식 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다. 그러나 접착력이 높고 독성이 낮으며 체내에서 분해 될 수있는 접착제는 드뭅니다. 피브린 및 콜라겐과 같은 천연 단백질을 기반으로 한 접착제는 생체 적합성은 높지만 접착력이 충분하지 않습니다. 우레탄 또는 아크릴을 기반으로 한 합성 고분자 접착제는 접착력이 뛰어나지 만 잘 분해되지 않아 신체에 염증 반응을 일으킬 수 있습니다.
KAIST 화학과 서명근 교수와 이혜신 교수가 이끄는 공동연구팀은 와인의 떫은맛 공급원인 탄닌산을 이용한 생체적합성 고분자로 생체친화적인 접착제를 개발했다.
연구팀은 천연 폴리페놀 제품인 탄닌산에 초점을 맞췄다. 탄닌산은 과일 껍질, 견과류 및 카카오에 다량으로 존재하는 폴리페놀입니다. 다른 물질에 대한 친화력과 코팅력이 높고, 탄닌산이 혀 표면에 달라붙으면 와인의 떫은맛을 느낍니다. 탄닌산이 친수성 고분자와 혼합되면 코아세르베이트 또는 가라앉는 젤리 같은 액체의 작은 방울을 형성합니다. 사용 된 폴리머가 생체 적합성 인 경우, 혼합물은 독성이 낮은 의료용 접착제로 적용될 수 있습니다. 그러나 코아세르베이트는 근본적으로 유체와 유사하며 큰 힘을 견딜 수 없어 접착력이 제한됩니다. 따라서, 이를 접착제로 활용하기 위한 연구가 활발히 논의되고 있으나, 높은 전단강도로 인해 강한 접착력을 나타내는 생분해성 재료는 아직 개발되지 않았다.
연구팀은 두 가지 생체 적합성 FDA 승인 폴리머 인 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)과 폴리 락트산 (PLA)을 혼합하여 접착력을 향상시키는 방법을 알아 냈습니다. 점안액과 크림에 널리 사용되는 PEG는 친수성이지만 젖산에서 추출한 잘 알려진 바이오 플라스틱 인 PLA는 물에 녹지 않습니다. 연구팀은 이 둘을 블록 공중합체로 결합하여 물에서 친수성 PLA 응집체를 형성하고 이를 둘러싸고 PEG 블록을 형성했습니다. 미셀과 탄닌산을 혼합하여 생성된 코아세르베이트는 단단한 PLA 성분으로 인해 고체처럼 행동하고 PEG에 비해 천 배 향상된 탄성률을 보여 접착제로서 훨씬 더 큰 힘을 견딜 수 있습니다.
또한 연구팀은 금속을 열처리하는 데 사용되는 가열 및 냉각 공정을 통해 재료의 기계적 특성을 100 배 이상 향상시킬 수 있음을 관찰했습니다. 그들은 또한 이것이 미셀과 탄닌산 어레이 사이의 강제 상호 작용 때문이라는 것을 발견했습니다.
연구팀은 피부에 대한 자극이 적고 체내에서 잘 분해되는 소재라는 점을 이용하여 동물실험을 통해 모발이식용 접착제로 응용할 수 있음을 입증했다. 의료용 접착제, 지혈제, 브라우닝샴푸 등 다양한 응용분야를 개척해온 이혜신 교수는 탄닌산과 같은 폴리페놀의 접착력과 저독성에 주목해 왔으며, 여전히 모낭 이식이 수반되어 여러 번 반복하기 어려운 현재의 모발이식 방법의 한계를 개선할 수 있기를 기대하고 있다.
본 연구는 제22공저자인 서명은 교수팀의 박종민 박사(현 한국화학연구원 선임연구원)와 KAIST 화학과 이혜신 교수팀의 박은숙 박사가 KAIST 화학과 김형준 교수와 화학생체분자공학과 최시영 교수가 이끄는 연구팀과의 공동연구를 통해 진행됐다. 이 연구는 <> 월 <> 일 국제 저널 Au (JACS Au)에 생분해 성 블록 공중 합체-탄닌산 접착제라는 제목으로 온라인으로 발표되었습니다.
본 연구는 한국연구재단(NRF) 보호대상 연구지원사업, 선도연구센터 지원사업(멀티스케일 카이랄구조 연구센터), 산업통상자원부 생분해성 플라스틱 상용화 및 실증사업, 한국화학연구원의 기관 지원으로 진행됐다.
