[신기술 소개] 하버드대, 뛰어난 기계적 성질과 전기생리학적 성질을 지닌 심장 패치용 재료 개발 - 탄소 나노튜브를 포함하는 하이드로젤 복합재의 심장 재생치료 재료로 이용 기대 -

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하버드대, 뛰어난 기계적 성질과 전기생리학적 성질을 지닌 심장 패치용 재료 개발 - 탄소 나노튜브를 포함하는 하이드로젤 복합재의 심장 재생치료 재료로 이용 기대 -

미국 하버드대의 Ali Khademhosseini 교수 연구팀은 최근 탄소나노튜브(CNTs)를 포함하는 GelMA (Gelatine methacrylate) 하이드로겔 시트 복합재를 개발하여, 이 재료의 기계적 성질과 전기생리학적 성질 의 우수성을 입증하고, 향후 심장 치료를 위한 기능성, 생체적합성 재료로의 가능성을 소개하였다.

손상된 심장 조직을 치료하기 위한, 기능적 지지체(scaffold)의 개발 노력은 최근 활발하게 진행되고 있 다. 이를 위해 심장 조직세포의 가장 큰 특징 두 가지를 언급하자면, 첫째는 기계적 강도의 우수성이고, 둘 째는 전기생리학적 전도성이다. 이러한 특성을 통해 심장의 조직 세포는 강한 심박동하의 압력을 견딜 수 있으며, 신경의 신호를 받을 수 있다. 따라서, 이 두 가지 특성의 재현이 심장의 조직공학 지지체 개발에 필수적인 중요한 과제이다.

이에, 하바드 연구팀은 탄소 나노튜브가 GelMA에 균일하게 분산된 하이드로젤 유도 지지체를 개발하였 다. 탄소 나노튜브는 GelMA의 다공성 구조 내에서 광학가교(cross-linking)를 통해 나노섬유질(nanofibrous) 네트워크를 형성하였으며, 이는 심장의 수축을 일으키는 자극 전도성 조직인 Purkinje 섬유 프랙탈 네트워 크와 유사하였다. 또한, 이 지지체의 전기적 임피던스와 기계적 강도, 생체적합성을 실험적으로 증명하였 다. 나아가, 전기 생리학적 및 생체적합적으로 최적인 CNTs 농도를 각각 제시하였다.

이러한, 전기적 전도성 및 기계적 강도를 가진 CNT-GelMA 하이브리드 젤은 새로운 지지체 재료로써 심장 조직공학에 이용될 수 있음을 제시하였고, 또한 초박막 심장 조직 패치(ultrathin cardiac tissue patch)로 제작되어, 세포전달 시스템과 in vitro biorobotic 응용을 위한 유연 액추에이터(soft acuator)로 도 이용할 수 있음을 소개하였다. 본 연구는 미국 학회지 ｢ACS Nano｣의 온라인판에 공개되었다.

Figure 1. Fractal-like CNT-GelMA hydrogel의 제작.

※ 발표논문 : “Carbon-Nanotube-Embedded Hydrogel Sheets for Engineering Cardiac Constructs

KIC News, Volume 16, No. 2, 2013

KIC News, Volume 16, No. 2, 2013 71

and Bioactuators”, Su Ryon Shin, Sung Mi Jung, Momen Zalabany, Keekyoung Kim, Pinar Zorlutuna, Sang bok Kim, Mehdi Nikkhah, Masoud Khabiry, Mohamed Azize, Jing Kong, Kai-tak Wan, Tomas Palacios, Mehmet R. Dokmeci, Hojae Bae, Xiaowu (Shirley) Tang, and Ali Khademhosseini, ACS Nano, Jan 30, 2013

작성 : 심 봉 섭(인하대학교)

미국 MIT, 그래핀 투명전극 기반 하이브리드 태양전지 개발

- 기존 ITO 투명전극에 비해 효율이 뛰어난 그래핀 전극 기반의 태양전지 제조법 개발 -

미국 MIT의 Silvija Gradecak 교수 연구팀은 기존 태양전지에 이용되는 ITO전극을 대체할 수 있는 그래 핀전극 기반 태양전지를 개발하였다.

그래핀은 원료가 값싼 흑연으로 풍부하며, 특히 뛰어난 투명도 및 전기전도성을 지니고 있어, 기존 투명 전극인 ITO 대체재료로 이용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 반도체 단결정 나노선기반 태양전 지는 1차원적 전하 수송 및 정렬된 벌크 헤테로접합 구조를 지니고 있어 효과적인 전하 추출이 가능하기 에, 차세대 태양전지로 큰 각광을 받고 있다. 이에, 그래핀과 반도체 나노선 기반의 하이브리드 제조공정을 개발한다면, 우수한 투명도, 유연성 및 향상된 안정성을 지닌 차세대 태양전지를 개발할 수 있을 것으로 기 대가 된다.

그렇지만, 두 물질 사이의 에너지 레벨 차이로 인해, 그래핀 표면에 기능적, 구조적으로 매끈한 1차원 단 결정 반도체 나노선을 성장시키는 것이 수월하지 않다. 이에, MIT 연구팀은 그래핀을 합성한 후, 층상분자

Figure. (A) ITO와 고분자 코팅된 그래핀 위에 성장한 산화아연 나노와이어 배열 SEM사진, (B) 하이브리드 그래핀-

산화아연 나노와이어 태양전지의 개략도 및 에너지 준위 그림, (C) ITO전극과 나노와이어가 배열된 그래핀 기반 태양

전지의 전류-전압 특성 그래프.