◇ 연구를 시작한 계기나 배경은?

박테리아 셀룰로오스는 높은 순도, 우수한 기계적 강도, 높은 생체적합성으로 인해 조직공학용 지지체로 활용 가능성이 높은 재료다. 그러나 까다로운 생합성 조건으로 인해 3차원 형태가 매트에 머물러 있었다. 이는 박테리아 셀룰로오스의 생합성에 산소가 요구되고 배지와 공기의 계면에서만 생합성 되기 때문이다.

이에 연구진은 박테리아 셀룰로오스의 3차원 형태 제어 가능성과 잠재력을 발견했고 3D 프린팅 기술에 주목했다. 그러나 기존 프린팅 방식으로는 박테리아 셀룰로오스의 형태를 보다 복잡하게 제어하는 것이 어려웠는데 그 이유는 프린팅 베드에 잉크를 토출하면 산소가 공급될 수 없는 면이 형성되는 데 있었다. 연구진은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 본 연구를 시작하게 됐다.

◇ 이번 성과, 무엇이 다른가?

점탄성의 매트릭스 내부에 잉크를 3차원으로 프린팅하는 연구는 다양한 연구팀에서 전 세계적으로 수행되고 있으나 현재까지 고체 입자를 3D 프린팅 매트릭스로 사용하고자 한 연구는 보고된 바가 없다.

연구팀은 박테리아 셀룰로오스의 3차원 형태를 다양화하기 위해 고체 입자 매트릭스 내부에 잉크를 인쇄하는 기술을 제안했다. 이는 기존 3차원 인쇄가 프린팅 베드 위에 잉크를 적층하는 식으로 이뤄지는 것과도 차별성이 있다.

박테리아 셀룰로오스를 생합성하는 박테리아를 함유하는 잉크를 프린팅 베드 위에 3D 프린팅 하는 경우 프린팅 베드와 잉크 사이에는 산소가 공급될 수 없어 박테리아 셀룰로오스의 생합성이 불가하다.

그러나 고체 입자 내부에 잉크를 3D 프린팅하면 산소가 잉크의 모든 방향에서 공급돼 박테리아 셀룰로오스의 생합성을 3차원에서 유도할 수 있다. 이러한 기술은 박테리아 셀룰로오스의 3차원 형태를 다양화할 수 있는 핵심기술로 평가된다.

◇ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나?

박테리아 셀룰로오스는 높은 생체적합성으로 인해 현재 창상피복제뿐만 아니라 마스크팩 등으로 매우 광범위하게 활용되고 있다.

그 뿐만 아니라 높은 혈액 적합성으로 인해 인공혈관으로의 활용도가 지속적으로 연구되고 있다. 본 연구진이 개발한 3차원 인쇄기술을 적용하여 제조한 박테리아 셀룰로오스는 3차원 형태를 다양화할 수 있다는 장점으로 인해 보다 응용을 한층 더 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.

특히 도관을 쉽게 제조할 수 있다는 특성은 박테리아 셀룰로오스로 하여금 인공 혈관, 신경관, 요로관 등으로의 활용성을 넓혀준다. 실용화를 위해서는 각각의 생체 기관을 대체하기 위한 보다 깊은 생체적합성 평가가 이뤄져야 할 것으로 판단된다.

또한 3차원 인쇄된 박테리아 셀룰로오스 도관의 조직공학용 지지체로의 활용을 위해서는 생체조직과 유사한 기계적 강도를 보이는지 여부도 평가돼야 한다.