국내 연구진, 의료기기용 '항균-항혈전-저마찰' 코팅기술 개발
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국내 연구진, 의료기기용 '항균-항혈전-저마찰' 코팅기술 개발
  • 정 현 기자
  • 승인 2022.02.02 22:10
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논문, 국제학술지 'Chemical Engineering Journal' 1월 7일자 온라인판 게재

[위즈뉴스] 국내 연구진이 수술 시 환자와 작업자의 건강을 보호할 수 있는 심혈관 의료기기 코팅기술을 개발했다.

한국연구재단은 3일, 전북대 유승화 교수와 한국생산기술연구원 최동윤 수석연구원, 경북대 이동윤 교수로 구성된 공동연구팀이 항균, 항혈전, 저마찰 등 고성능-다기능성 표면을 갖는 혈관 카테터 코팅 기술을 개발했다고 밝혔다. 

왼쪽부터 유승화 교수, 최동윤 수석연구원, 이동윤 교수, 박세계 연구원 / 사진=한국연구재단 

이번 연구성과를 담은 논문은 화학공학 분야의 SCI급 저명 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF=13.273)’ 1월 7일자 온라인판에 게재됐다. 

논문명은 'Polysaccharide-derivative coated intravascular catheters with superior multifunctional performance via simple and biocompatible method'이며, 유승화 교수와 최동윤 수석연구원, 이동윤 교수가 공동교신저자로, 한국생산기술연구원 박세계 연구원이 제1저자로 참여했다.

공동연구팀의 유승화 교수는 "혈관 카테터를 사용한 수술 시 혈류감염, 혈전현상, 혈관 손상 등의 동시다발적인 심각한 합병증을 방지하기 위해서는 카테터 고분자 표면에 항균, 항혈전, 저마찰 특성을 동시에 갖는 다기능화를 필수적으로 행해야 한다"면서 "이번에 개발한 기술은 환자 건강뿐만 아니라 작업자 건강에 대한 잠재적인 위협 및 환경오염에 대한 우려가 적은 코팅기술"이라고 말했다.

국제학술지 'Chemical Engineering Journal' 최근호에 게재된 해당 논문
국제학술지 'Chemical Engineering Journal' 최근호에 게재된 해당 논문

기존의 카테터 다기능화 기술은 고분자로 구성된 카테터 표면에 혈관벽 손상 방지를 위해 친수성 코팅으로 저마찰성을 부여하며, 동시에 항균 및 항혈전성 도입을 위해 항생제, 은 이온 및 헤파린과 같은 제재들을 코팅층에 복합화 함으로써 실현하고 있다.

하지만, 코팅층으로 부터 용출되는 첨가제들에 의해 항균 및 항혈전성 성능이 서서히 감소하여 장기간 사용이 어렵고, 합성 제조된 친수성 코팅제의 체내 박리에 의한 합병증 유발, 항생제 내성 등의 부작용이 발생할 수 있다.

또한, 기존의 코팅법은 고분자 표면에 코팅층을 강하게 결합시키기 위해 인체에 잠재적 위협이 되는 독성, 휘발성 유기용매를 활용한다.

이에 연구팀은 물 기반 친환경적 제조공정 하에 키토산 유도체(O-CMC) 코팅층 및 의료기기 표면에 강한 결합을 유도하는 전자빔 그래프트 중합법과 체내 분해 특성을 갖는 O-CMC의 딥코팅법을 융합하여 고성능․다기능성 혈관 내 카테터를 제조했다.

전자빔 그래프트 중합법은 고분자에 전자빔 조사로 생성된 활성 라디칼로 측쇄 고분자를 중합하는 방법이며, 딥코팅법은 물체를 코팅 용액에 침지한 후 끌어올려 표면에 코팅제를 도포하는 기술을 말한다.

특히, 키토산 유도체(O-CMC) 코팅층의 다기능성을 극대화하기 위해 코팅층을 다공성 스펀지 형상의 구조로 디자인하여 초친수성 표면을 제조하였으며, 이 구조는 혈관 내 미생물과 혈소판의 쌓임을 방지하는 부착억제(anti-adhesion) 효과를 보였다.

키토산 유도체(O-CMC)가 내재적으로 갖는 저마찰, 항균, 항혈전 특성과 함께 초친수성 표면의 부착억제 효과가 시너지를 일으킨 고성능의  다기능성 코팅층을 완성했다.

자료이미지=한국연구재단

[그림설명] 다기능성 천연 고분자 코팅된 혈관 카테터의 혈관 내 성능 작동 원리

나아가, 연구팀이 개발한 코팅방식을 실제 카테터에 적용하여 인공 모사혈관 추적력 평가를 수행한 결과, 적은 힘으로 쉽게 모사혈관을 통과하여 우수한 저마찰 특성을 검증함으로써 현재 시술에 사용되는 카테터로의 적용가능성을 확인하였다.

공동연구팀은 "전자빔 그래프트 중합법을 딥코팅법과 함께 활용하면 카테터 뿐만 아니라 혈관 필터, 혈관 이식편, 페이스 메이커, 소프트 로봇 등과 같은 다양한 의료기기들에 적용 할 수 있는 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대된다"고 전했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 생애 첫 연구, 기본연구, 중견연구사업의 지원으로 수행됐다.


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