왼쪽부터 정현도 교수, 이현 선임연구원, 김문조 수석연구원

국내 연구진이 인공지능(AI)과 4D 프린팅 기술을 접목해, 자연의 원리를 이용한 혁신적인 상처 치료용 마이크로니들 플랫폼을 개발했다.

한양대학교 신소재공학부 정현도 교수팀과 한국생산기술연구원 공동 연구팀은 체온에 반응해 스스로 형태를 바꾸며 상처를 봉합하고 재생을 돕는 ‘자가 작동형 스마트 마이크로니들’ 개발에 성공했다고 밝혔다.

기존 마이크로니들 기술은 최소 침습적 약물 전달에는 유리했으나, 정적인 구조 탓에 상처의 움직임에 대응하거나 물리적으로 상처를 폐쇄하는 기능이 부족하고, 약물 전달 기능에 주로 의존하기 때문에 조직 재생, 항균, 염증 조절과 같은 복합적인 치료 기능을 동시에 수행하는 데에는 한계가 있었다.

정 교수 연구팀은 식충식물인 ‘긴잎끈끈이주걱’의 자극 반응성과 접착 특성에서 해법을 찾았다. 개발된 마이크로니들은 형상기억 고분자를 기반으로 제작되어, 체온(37°C)과 접촉하면 스스로 휘어지도록 설계됐다. 이를 통해 상처 부위 조직을 물리적으로 잡아당겨 능동적으로 창상을 폐쇄하는 기능을 수행한다.

특히 이번 연구는 머신러닝 알고리즘인 ‘Gaussian Process Regression’ 모델을 설계에 도입해 혁신을 더했다. 소재 조성과 공정 조건, 시간에 따른 형상 변화 간의 복잡한 상관관계를 정량적으로 분석함으로써, 예측 정확도 R² 〉 0.99로 최적 설계 조건을 도출해냈다. 이는 기존의 반복적인 실험 방식에서 벗어나 데이터 기반의 정밀 설계가 가능함을 입증한 성과다.

생물학적 기능도 대폭 강화했다. 마이크로니들 표면에는 폴리도파민과 DNA를 결합한 ‘adhesive DNA(aDNA)’를 도입해 혈관 생성과 조직 재생을 촉진했으며, 아연(Zn) 이온 나노층을 통해 항균 기능을 부여해 감염 억제 효과까지 갖췄다.

연구팀이 당뇨성 창상 동물 모델을 통해 실험한 결과, 약 10일 이내에 거의 완전한 상처 치유가 이루어졌다. 특히 콜라겐 재형성과 혈관 생성이 활발해지며 피부 구조가 정상 수준으로 회복되는 효과가 확인됐다.

한양대 정현도 교수는 “이번 연구는 AI, 4D 프린팅, 바이오 소재 기술을 융합해 단순 약물 전달을 넘어선 자가 작동형 스마트 치료 플랫폼을 제시했다는 데 의의가 있다”며, “향후 골 재생, 스텐트, 바이오 디바이스 등 다양한 의료 분야로 확장 적용이 가능할 것”이라고 전망했다.

한국연구재단과 한국생산기술연구원의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 ‘Advanced Materials’에 3월 30일 게재됐다.

해당 논문 「AI-Guided 4D Printing of Carnivorous Plants-Inspired Microneedles for Accelerated Wound Healing」은 한국생산기술연구원 이현 선임연구원과 김문조 수석연구원이 공동 제1저자로, 한양대 정현도 교수가 교신저자로 참여했다.