크기, 조성 조절 가능한 병변 맞춤형 생체재료 분말 제조 기술
상용화를 위한 KIST 기술출자회사 ㈜비엠포트 설립완료
노화는 우리몸의 장기를 손상하거나 기능을 저하시킨다. 과학·의료기술의 발달로 단순 수명은 증가했지만 노화로 인한 질환, 그 중에서도 특히 근골격계 질환은 운동능력을 감소시키고 이동을 어렵게 해 삶의 질을 위협한다. 이 때문에 최근에는 수명연장 그 자체보다도 건강수명 증가에 관심이 모아지고 있으며, 골격계 질환을 극복하기 위해 신체를 대체하거나 보강해줄 수 있는 인공재료에 대한 연구도 그와 관련된 연구개발 분야 가운데 하나이다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 전호정 박사팀은 레이저를 활용해 다양한 기능성을 가진 인공뼈 분말인 아파타이트를 수십 초 만에 합성해내는 합성 공정 기술을 개발했다고 밝혔다. 기존의 열수화 인공뼈 분말 합성 기술은 200㎚(나노미터) 크기의 분말을 얻기 위해 짧게는 20시간에서 길게는 100시간 이상의 시간이 필요했다. 그런데 이번에 연구진이 개발한 레이저 수열 합성공정을 사용하면 작게는 30㎚부터 크게는 200배에 달하는 6㎛(마이크로미터) 크기의 분말까지 10여 분 만에 합성할 수 있고, 손쉽게 칼슘의 일부를 마그네슘, 아연 등의 금속이온으로 대체한 기능성 인공뼈 분말 제조가 가능해진 것이다.
이번에 개발된 기술은 기존 열수화 공정 대비 레이저 펄스의 시간에 해당하는 수 ㎱(나노초) 동안 1000℃ 이상의 초고온에서 합성 공정이 진행되기 때문에 마그네슘, 스트론튬, 아연과 같은 기능성 금속이온을 보다 쉽게 대체할 수 있는 장점이 있다고 연구진은 설명했다.
이를 바탕으로 하이드록시 아파타이트 뿐만 아니라 뼈를 구성하는 성분 중 재생에 중요한 인자라고 생각되는 ‘휘트록카이트’를 동일 시간동안 10배 더 큰 마이크로미터 사이즈로 합성 할 수 있었다. 휘트록카이트는 주로 어린아이들의 뼈에서 많이 관찰되는 물질로 마이크로미터 사이즈의 휘트록카이트는 인공뼈로 주로 활용중인 하이드록시 아파타이트를 대신 할 것으로 기대된다.
또한, 연구진은 레이저 수열 합성기술로 만든 인공뼈 재료가 실제 뼈세포에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위하여 세포 실험을 진행한 결과 현재 상용화된 제품으로 판매되고 있는 인공뼈 분말 대비 2배 뛰어난 세포 부착 능력과 세포 증식 능력을 나타내는 것을 확인했다.
전호정 박사는 “본 연구에서 개발한 재료가 상용화된 재료보다 뛰어난 성능을 보이는 이유는 초고온에서 반응이 일어나는 레이저 수열 합성의 과정을 고려하였을 때 합성된 분말이 자연스럽게 녹을 수 있는 ‘생분해성’을 가지기 때문”이라며, “이 기술을 기반으로 KIST 출자 연구소기업 ‘주식회사 비엠포트(대표 손진경)’를 지난 9월 13일 설립했으며, 향후 인공뼈, 피부 미용용도의 필러 등의 분야에서 상용화를 추진할 예정”이라고 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST, KU-KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 나노소재 분야 국제 저널인 ‘ACS NANO’ (IF: 18.027, JCR 분야 상위 5.652%) 온라인 상에 게재되었다.
* (논문명) Rapid synthesis of multifunctional apatite via the laser-induced hydrothermal process
- (제 1저자) 한국과학기술연구원 송상민 학생연구원
- (제 1저자) 한국과학기술연구원 엄승훈 박사후연구원(現, Laval University)
- (교신저자) 서울대학교 기계공학부 고승환 교수
- (교신저자) 한국과학기술연구원 김유찬 책임연구원
- (교신저자) 한국과학기술연구원 전호정 책임연구원