화학과 강성훈 교수, 면역 친화적인 생체삽입용 반도체 고분자 개발

– 세계 최고 권위 재료과학 저널 ‘Nature Materials’에 논문 게재

<사진1-숭실대 화학과 강성훈 교수(사진=숭실대)>

숭실대학교(총장 이윤재)는 화학과 강성훈 교수가 미국 시카고대학교, MIT와 공동으로 생체 삽입형 전자기기의 면역 거부 반응을 획기적으로 줄일 수 있는 반도체 고분자를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 논문은 세계 최고 권위의 재료과학 저널인 ‘Nature Materials(IF 37.2)’에 2025년 4월 게재됐다.

인공 심장박동기, 생체 신호 기록 장치 등과 같은 삽입형 의료기기는 장기간 인체에 머무르며 생체 신호를 감지하거나 조절하는 역할을 한다. 그러나 인체는 이러한 이물질에 대해 면역 반응을 일으켜 염증, 섬유화, 기기 오작동 등의 문제를 야기할 수 있으며, 이는 기기의 성능 저하와 심할 경우 장치 교체나 추가 수술로 이어질 수 있다. 따라서 면역 친화적인 소재 개발은 생체 전자기기의 실용화에서 가장 중요한 과제 중 하나다.

<사진2-면역 친화적 반도체 고분자 설계 개요(사진=숭실대)>

강 교수 연구팀은 반도체 고분자의 분자 구조를 정밀하게 설계해 생체 내 면역세포의 반응을 유발하지 않도록 고안된 ‘면역 친화형’ 고분자를 새롭게 합성했다. 기존 고분자에 셀레노펜(selenophene)을 도입해 활성산소(ROS)를 효과적으로 제거하고, 면역세포의 초기 면역반응을 일으키는 대식세포의 활성화를 억제함으로써 염증 반응을 현저히 줄였다. 또한, 면역 조절 기능이 있는 측쇄(THP, TMO)를 도입한 고분자 설계를 통해 최대 68%까지 섬유화 반응(콜라겐 침착)을 억제했다.

연구팀은 해당 고분자를 실제 생쥐의 생체 내에 3개월간 이식한 실험에서 장기적인 생체 적합성과 전기적 안정성을 모두 확인했다. 특히, 이 고분자를 이용해 제작한 소형 전자 장치는 생쥐의 심전도 및 근전도 신호를 안정적으로 감지하며, 기존 소재보다 높은 신호 품질을 유지하는 것으로 나타났다.

<사진3-면역 친화형 고분자의 전기적 물성 및 만성 이식 안정성(사진=숭실대)>

이번 연구는 생체삽입형 기기의 고질적인 염증 유발 문제를 소재 설계 차원에서 해결할 수 있는 가능성을 제시했으며, 향후 혈당 센서, 신경재생 장치 등 다양한 의료기기에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

강성훈 교수는 “이번 연구는 반도체 고분자가 면역계와 어떻게 상호작용하는지를 이해하고, 분자 수준에서 이를 조절할 수 있는 설계 원리를 제시한 첫 사례”라며, “향후 실제 생체환경에서 장기간 작동 가능한 삽입형 기기를 개발하고, 임상적 유효성을 검증하는 후속 연구로 이어나갈 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구 논문은 약 2년에 걸친 리비전 끝에 최종 게재됐으며, 시카고대학교 Sihong Wang 교수, Jeffrey A. Hubbell 교수가 지도교수로, MIT의 Nan Li 박사, 시카고대학교 Zhichang Liu 연구원이 공동 저자로 참여했다.