주요 연구
Functional Soft Nanmaterials Laboratory (기능성 소프트 나노재료 연구실)은 의료환경에서 즉각적으로 사용가능한 다기능성 바이오소재 개발을 목표로 하고 있으며 이를 위해, 인체나 자연의 신비로운 구조에서 아이디어를 얻고 최신의 마이크로/나노 기술을 활용하고 있습니다. 개발된 첨단 바이오소재는 의료용 조직접착제, 서방형 약물전달, 초고순도용 나노기공막, 그리고 조직공학 및 재생의학에 이용될 예정입니다.

1) Microneedle for Skin tissue Adhesive (의료용 마이크로니들 약물 패치)

Bio-Inspired Microneedle Patch

마이크로니들은 일반적으로 수백 마이크로 사이즈의 니들로 피부의 각질층을 통과하는 약물전달시스템으로 많이 알려져 있다. 마이크로니들은 진피층의 신경이 있는 부분까지 도달하지 않기 때문에 고통을 거의 주지 않은 최소한의 비침습 약물전달시스템이다. 본 실험실에서는 이러한 마이크로니들을 활용하여 물고기 소장에 기생하는 벌레의 부착원리를 모방한 마이크로니들 조직접착제에 관한 연구를 진행하고 있다. 기존에 사용되고 있는 화학적 조직접착제 중 하나인 슈퍼글루는 시아노아크릴레이트 계열로 높은 접착력을 달성할 수 있지만 염증반응이 일어나고 젖은 조직에서 낮은 접착력을 보이고, 조직을 접합하거나 접착할 때 주로 사용되는 의료용 바늘이나 스테이플의 경우 조직 침투 시 국부지역에 높은 힘이 가해져 조직손상이 일어나고 감염의 위험성이 높다. 그러나 마이크로니들 조직접착제는 조직 내 침투 시 체액을 흡수하여 화살촉 모양으로 부풀어 올라 조직과 맞물려 접착력을 달성하기 때문에 젖은 조직뿐만 아니라 소장과 같은 부드러운 조직에서 높은 접착력을 유지하고, 조직 내에서 부풀어 올라 조직과 맞물림을 이루고 있기 때문에 박테리아가 침투하기 어렵다. 또한 마이크로니들 조직접착제는 물에 부푸는 형태를 하고 있어 부푸는 팁 부분에 약물을 담지 할 수 있고, 피부를 통과하여 부풀어 올라 접착력을 이루면서 장시간 약물방출이 가능하다.

Microneedle for transdermal drug delivery

(S. Y. Yang et al., Nat. Commun., 4, 1-10, (2013))

2) Nanofabrication-based Applications (나노제작기술 기반의 응용)
SERS substrates for bio sensor: SERS(surface-enhanced Raman scattering)효과를 이용한 분석은 단분자 수준의 물질의 검출이 가능하고, 물질에 따라 신호가 다르며, 물에 영향을 받지 않는 등의 장점을 가지고 있어 매우 낮은 농도의 물질이나 bio 물질을 검출하는데 효과적인 방법이다. Nanofabrication 기술은 나노 수준의 기하학적 구조를 정교하게 조절하여 이러한 SERS 효과를 나타내는 제작 할 수 있는 대표적인 방법이다. 우리 연구실은 실험실의 특별한 장비와 nanofabrication 기술을 통해 SERS 활성 기판을 제작하고 이것을 응용해 chemical sensor나 bio sensor로 개발하기 위한 연구를 진행 하고 있다.

Nanotips array fabrication: 기판에 제작된 nanotip 또는 nanocone 구조는 antireflection, sensing elements, and functional surfaces등의 폭넓은 응용범위로 인해 많은 관심을 받고 있다. 우리 연구실은 다양한 방법을 통해 기능성 유기/무기 nanotips array을 넓은 범위에 제작하는 방법을 연구하고 있으며 최근 발표한 연구 내용으로는 산소 플라즈마를 이용해 one-step으로 제작한 polyimide(PI) nanotip을 틀(template)로 사용하여 다공성의 TiO2nanotip을 제작하였다. 열에 대한 높은 저항성을 가진 PI의 성질을 이용하여 atomic layer deposition 방법을 통해 TiO2층을 증착하였고, 이후 높은 열에서 PI 층을 제거하여 다공성의 TiO2nanotip을 만들었다. 만들어진 PI nanotip은 TiO2hollownanotipsarray뿐만 아니라 다양한 금속의 증착을 통해 향후 다양한 분야에 응용될 것으로 기대 된다.

 
3) Membrane-based Bio-Nano Technologies

두 상 사이에서 선택적 장벽의 역할을 하는 막 (membrane)은 우수한 효율성과 구현의 용이성, 그리고 경제적인 이점 때문에 여러 분야에서 활용되고 있다. 이러한 이유로, 연구실에서뿐만 아니라 산업부문에서도 많은 연구자들이 막에 관하여 활발히 연구하고 있다. 우리 실험실은 자기조립 고분자 (self-assembly polymer)와 알루미늄 양극산화피막 (anodic aluminum oxide, AAO)을 이용하여 수에서 수백 나노 크기의 일정한 구멍을 가지는 나노막을 개발하였고, 이를 바이러스 필터, 약물전달 장치, 바이오센서 등에 활용하고 있다.

 
★   주요 실험 장비

나노 구조 고분자 thin film을 위한 Spin Coater
합성된 고분자를 농축, 정제하기 위한 Rotary Evaporator
물질을 분리, 고분자 성형을 위한 Centrifuge
세포, 조직 내 형광물질을 관찰하기 위한 Fluorescence Microscope
플라즈마를 생성하여 원하는 구조로 식각하기 위한 Plasma Etching Machine
역학적 물성 측정을 위한 강신도 측정기 Universal Testing Machine
물질의 친수성질과 표면에너지를 측정하기 위한 Contact Angle Meter
일정온도를 유지하기 위한 Digital temperature controller
특정 gas를 검출하기 위한 Gas sensor
자외선을 이용해 고분자를 개질 하기 위한 UV exposure Lamp
초음파를 이용하여 물질을 세척, 용해, 분산 하기 위한 Sonicator