임플란트 표면 감염균 부착 막아줄 코팅 기술 개발

벌레잡이통풀에서 힌트얻은 미끄러운 윤활유가 표면 감염균 부착 방해

□ 표면의 나노구조체와 미끄러운 윤활유를 이용해 물이나 먼지 같은 오염물은 튕겨내고 벌레만 자루 속으로 끌어들이는 벌레잡이통풀 표면의 특성을 정형외과용 임플란트 소재에 적용, 감염균 부착을 막으려는 연구결과가 소개됐다.

○ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 서정목 교수(연세대학교 전기전자공학과), 장우영 교수(고려대학교 정형외과) 연구팀이 정형외과용 임플란트 소재의 감염이나 면역거부반응 우려를 낮출 표면코팅 기술을 개발했다고 밝혔다.

□ 골절치료나 인공관절삽입 등에 쓰이는 금속소재 임플란트는 감염이나 염증을 막기 위해 표면에 항생제를 도포하는 방식이 주로 사용된다.

○ 하지만 항생제 내성균에 의한 감염이나 염증과 신경 손상과 같은 약물 부작용, 항생제 자체에 대한 과민반응 등의 부작용에 대한 우려가 여전히 남아 있었다.

□ 이에 수술 전후, 감염균이나 염증유발단백질의 부착을 막기 위한 하이드로겔 기반 표면코팅이 시도되었으나 정형외과용 임플란트 소재는 수술 중 강한 기계적 자극에 노출되는 데다 치료에 몇 주 이상 소요되는 정형외과 수술의 특성상 장기간 코팅 성능을 유지하지 못하는 기술적 어려움이 있었다.

□ 연구팀은 정형외과용 임플란트 표면에 박테리아나 바이러스, 염증을 유발하는 면역단백질 등의 부착을 막을 수 있는 내구성이 강한 나노유막 코팅 기술을 개발했다.

○ 개발된 코팅은 수술 중 생길 수 있는 기계적 손상에도 부착 방지 성능이 자가 치유(Self-healing)되는 특성을 갖는다. 또한 동물 모델의 체내에서도 코팅기능이 수 주간 유지되는 것으로 나타 났다.

□ 이러한 특성은 표면의 나노구조체에 균일하게 도포된 윤활유 성분이 감염균이나 면역거부인자가 포함된 혈액의 흡착을 막아준 데 따른 것이다. 기존 임플란트 소재에 혈액을 떨어뜨리면 소재 표면에 잔여물을 남기며 흐르지만 나노유막 코팅 소재의 경우 표면에 잔여물을 전혀 남기지 않고 혈액이 굴러 떨어졌다.

□ 나아가 실제 골절토끼모델의 임플란트 삽입 부위를 살펴본 결과 나노유막코팅이 적용된 임플란트에서는 감염이나 염증이 일어나지 않았다.

○ 한편 골절된 부위의 골재생은 감염되지 않은 대조군과 동일하게 효과적으로 이뤄진 것으로 나타났다.

□ 연구팀은 제안한 코팅기술을 금속 외 고분자 소재에도 적용할 수 있을 것으로 보고 비뇨기과용 도뇨관이나 스텐트, 삽입형 의료 전자기기 등으로의 응용가능성에 대한 후속연구를 진행할 계획이다.

○ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지‘사이언스 어드 밴시스(Science Advances)’에 10월 29일 게재되었다.