“상처엔 착 붙고 물은 쫙 퍼진다”…KAIST ‘만능 바이오소재’ 개발

[헤럴드경제=구본혁 기자] 상처에는 빠르게 달라붙어 피를 멎게 하고, 유리나 플라스틱에 코팅하면 물방울이 맺히지 않고 닿자마자 쫙 퍼지게 하는 신개념 바이오소재가 개발됐다.

KAIST는 화학과 이해신 교수 연구팀이 천연 고분자 키토산과 바이오매스 기반 원료인 ‘1,2,4-벤젠트리올(BTO)’을 이용해 강한 접착력과 초친수성 표면처리 기능을 동시에 갖는 폴리페놀 바이오접착 소재 ‘CHI-B’를 개발했다고 15일 밝혔다.

CHI-B의 가장 큰 특징은 서로 다른 두 기능을 하나의 소재에 구현했다는 점이다. 상처에 적용하면 출혈 부위에 빠르게 달라붙어 상처를 막고, 유리나 플라스틱 등에 코팅하면 물이 닿는 즉시 넓게 퍼지는 초친수성 표면을 만든다.

연구팀은 CHI-B를 유리는 물론 테플론으로 알려진 PTFE, 페트병 등에 사용되는 PET, 포장재용 PS, 이산화티타늄(TiO₂) 등 서로 다른 성질의 소재에 균일하게 코팅하는 데 성공했다. 극미량인 10ppm의 요소를 첨가하면 초친수성 표면을 구현할 수 있었다.

내구성도 뛰어났다. CHI-B로 처리한 표면은 한 달 이상 세척한 뒤에도 안정적으로 유지됐으며 1년이 지난 뒤에도 물이 잘 퍼지는 특성을 나타냈다.

의료용 지혈 소재로서의 가능성도 확인했다. 생쥐의 간 출혈 부위에 CHI-B 스펀지를 적용하자 출혈량이 대조군보다 크게 줄었다. CHI-B가 출혈 부위에 빠르게 접착해 상처를 물리적으로 막으면서 지혈을 돕는 원리다. 세포 독성 평가에서도 높은 생체적합성을 나타냈다.

특히 제조공정을 획기적으로 단순화했다. 기존 키토산 기반 바이오접착제는 화학 결합을 위해 고가의 결합제를 사용하고 이후 여러 단계의 정제와 긴 투석 과정이 필요했다.

연구팀은 BTO가 공기 중 산소와 만나 자연스럽게 산화되는 성질을 활용했다. 산화된 BTO가 반응성이 높은 구조로 변하면서 키토산과 빠르게 결합하는 방식이다. 별도의 화학 결합제나 가열 과정 없이 상온에서 30분 이내에 제조할 수 있다.

실험실에서 수십 리터 규모까지 생산을 확대해 대량생산 가능성도 확인했다. 동결건조한 CHI-B 스펀지는 물에 닿은 뒤 약 15초 만에 완전히 녹았으며 인체와 비슷한 중성 환경에서도 높은 용해도를 유지했다.

연구팀은 향후 방오 코팅과 바이오센서·의료기기 표면처리, 산업용 기능성 코팅, 의료용 접착·지혈 소재 등으로 활용 범위를 넓힐 계획이다. 용도별 성능과 안정성, 장기 보관성 등을 추가 검증하고 기업 협력과 기술이전을 통한 제품화도 추진할 예정다.

이해신 교수는 “하나의 바이오소재로 강한 접착성과 물이 빠르게 퍼지는 초친수성 표면 특성을 함께 구현했다”며 “제조공정이 단순하고 생산 규모 확대 가능성까지 확인해 지혈 소재부터 의료기기·바이오센서, 기능성 표면처리까지 다양한 분야에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘머티리얼스 호라이즌스(Materials Horizons)’에 게재됐다.