하이드로겔, 뇌와 기계를 연결하는 물질

 

 

뇌와 기계를 연결하는 하이드로겔

 

수분크림, 마스크팩 등 우리 주변의 다양한 화장품 설명에서 '하이드로겔'이라는 단어를 볼 수 있습니다. 쉽게 볼 수 있지만 하이드로겔은 단순히 화장품으로 피부를 촉촉하게 해주는 성분만은 아닙니다. 오늘은 하이드로겔의 간단한 특성과 연구 사례를 소개하겠습니다.

 

 

하이드로겔이란

 

하이드로겔은 3차원 네트워크 구조 내에서 많은 양의 물을 흡수하고 유지할 수 있는 폴리머 물질의 한 종류입니다. 그것은 흡수성과 유연성이 높은 재료를 만들기 위해 가교된 폴리머 체인의 네트워크로 구성되어 있습니다.

 

하이드로겔의 정의에 따르면, 이것은 물에 녹지 않는 가교 고분자(사슬에 묶인 원자들 사이에 복잡한 다리를 걸기 위해 형성된 결합입니다. 대부분은 실험실에서 합성되지만 또한 자연적인 기원일 수 있습니다. 천연 하이드로겔 중 하나는 우리에게 친숙한 콜라겐입니다.

 

 

 

하이드로겔의 활용

 

하이드로겔은 다양한 조건에서 호환성이 있어 우리가 생각했던 것보다 더 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 하이드로겔의 수분 함량 유연성은 산업용에서 생물학적 용도까지 다양하게 사용할 수 있게 해주며, 생물학적 환경에서 하이드로겔의 무독성 특성은 의료 목적으로 사용될 수 있습니다.

수분 공급 능력과 피부 탄력 개선 등으로 얼굴 마스크, 보습제, 눈 밑 패치 등 개인 케어 제품에 많이 사용됩니다.

하이드로겔 콘택트렌즈는 수분 함량이 높아 눈가를 촉촉하고 편안하게 유지하는 데 도움을 주기 때문에 인기 있는 선택입니다.

하이드로겔 상처 드레싱은 조직 재생을 지원하는 촉촉한 환경을 만들어 상처 치유를 촉진하고 감염을 예방하는 데 사용될 수 있습니다.

또, 장기간에 걸쳐 천천히 약물을 방출할 수 있기 때문에 통제된 방식으로 약물을 전달하는 데 사용될 수 있습니다.

일회용 기저귀의 흡수층은 많은 양의 액체를 담을 수 있는 하이드로겔 입자로 만들어졌습니다.

토양 수분 보유를 개선하기 위해 농업에 사용될 수 있으며, 이는 농작물 수확량을 증가시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

하이드로겔은 세포를 새로운 조직과 이식을 위한 장기로 성장시키는 것을 포함하는 조직 공학에서 발판으로 사용됩니다.

 

전반적으로 하이드로겔은 다양한 분야에서 광범위하게 적용되고 있으며, 현재도 활발한 연구개발이 이루어지고 있는 분야입니다.

 

 

하이드로겔이 뇌와 기계를 연결

 

지난 2021년 6월, 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 카이스트 바이오및뇌공학과 연구팀은 메사추세츠 공과대학(MIT) 공동 연구팀과 함께 연구한 결과로 반고체물질인 하이드로젤 기반의 유연성 뇌-기계 인터페이스가 발표되었습니다.

 

카이스트 바이오및뇌공학과 연구팀에 따르면, 뇌 구조를 연구하고 뇌 질환 메커니즘을 이해하고 치료하기 위해서는 실시간 뇌 자극과 신호 측정 인터페이스가 필요합니다.

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이러한 문제는 다기능 섬유 다발과 하이드로겔을 사용하여 해결되었습니다. 특수 하이드로겔 기반 방법을 사용해 빛으로 특정 신경세포종을 자극하고, 뇌에서 나오는 신호를 읽고, 약물을 뇌로 전달하는 광유전학 기술을 적용할 수 있는 '뇌 복제 신경 인터페이스'를 만듭니다. 마지막으로, 우리는 새로운 인터페이스를 사용하는 것이 또한 기존의 장치에 비해 이물질 반응에 의한 면역 세포의 발현을 크게 감소시킨다는 것을 증명했습니다.

 

카이스트 바이오및뇌공학과 연구팀은 이번에 개발된 인터페이스가 뇌공학 장비의 수명을 늘려놓았기 때문에 시도할 수 있는 뇌과학과 임상연구가 많다고 말했습니다. 알츠하이머병, 파킨슨병 등 뇌신경질환에 대한 연구로 해당 분야의 발전이 더욱 가능해졌고, 기기는 다양한 곳에 적용될 BMI와 브라이언-컴퓨터 인터페이스(BCI) 분야에서도 활용할 수 있습니다.

 

 

하이드로겔의 가능성

 

천연 및 합성 폴리머는 특정 구조 및 관련 팽창 특성 때문에 엄청난 양의 물을 포함할 수 있습니다. 이러한 특성을 바탕으로 하이드로겔도 다양한 응용분야를 찾아 고분자 구조를 변형시켜 원하는 기능을 얻으며 응용분야가 빠르게 확장되고 있습니다. 산도, 온도, 빛과 같은 특정 자극에 미리 정해진 수준으로 반응하고 반응하도록 설계할 수 있습니다. 앞서 하이드로겔의 특성에서 볼 수 있는 생체적합성과 생분해성 덕분에 의료 및 환경 분야에서 임플란트 및 독성 오염물질 제거제로도 유력하게 사용될 수 있습니다. 스마트 물질 하이드로겔이 미래 사회에 기여할 놀라운 변화를 기대할 수 있습니다.