미래의 의료 혁명? 체내 활동을 감시하는 바이오일렉트로닉 하이드로겔의 개발 : 젖은 모래처럼 성형, 신경을 읽다

워싱턴 대학교 세인트루이스(WashU) 연구팀이 체내의 생체 활동을 모니터링하거나 자극할 수 있는 "전도성 입상(그라뉼러) 하이드로겔"을 개발했습니다. 소재는 유기 전도성 폴리머의 대표적인 PEDOT:PSS입니다. 입자들이 모이면 "젖은 모래"처럼 형태를 유지하고, 힘을 가하면 부드럽게 흘러 주사나 3D 프린팅이 가능해집니다. 이 성과는 2025년 10월 8일 자로 저널 Small에 게재되었습니다. 학내 뉴스와 과학 미디어의 보도가 같은 날 및 다음 주에 잇따라, 의료와 소프트 일렉트로닉스의 다음 단계로 주목받고 있습니다. 워싱턴 대학교 공학부

무엇이 새로운가?—— "입상" × "전도성"의 시너지 효과

기존의 생체 신호 전극은 금속이나 실리콘 등 딱딱한 재료가 주류였으며, 조직과의 불일치(경도, 형태, 움직임)이 장기 안정성의 장애물이었습니다. 이번 소재는 10~100µm의 PEDOT:PSS 하이드로겔 미립자로, 밀집하게 채우면 세포 스케일의 다공성을 갖춘 스펀지형 네트워크가 됩니다. 힘을 가하면 전단으로 유동하고, 힘을 빼면 자기 복원적으로 재결합하여 붙습니다. 이 **"그라뉼러(입상) 하이드로겔" 특유의 다이내믹스와 전도성**을 양립시킨 점이 돌파구입니다. 워싱턴 대학교 공학부

연구팀은 수중—유중 에멀젼으로 미립자를 합성하고, 기름을 90℃로 가열하면 양호한 입자가 얻어진다고 보고했습니다. 워싱턴 대학교 공학부

실증: 메뚜기 더듬이로 후각 신호를 읽다

신경생리의 고전적 모델인 메뚜기 더듬이(후각 수용 뉴런)에 입자를 작은 덩어리로 가볍게 올려 냄새 자극에 대응하는 국소 전장 전위(LFP)를 기록하는 데 성공했습니다. 부드러운 입자 전극이 곡면의 생체 표면에 밀착하여 전기적 커플링을 형성할 수 있음을 보여주었습니다. 장기적으로는 맞춤형 3D 프린트 전극이나 조직을 감싸는 "포매형" 전극으로, 지금까지 접근이 어려웠던 부위에도 접근할 수 있을 것으로 기대됩니다. 워싱턴 대학교 공학부

어떻게 도움이 되는가?——세 가지 응용 시나리오

1. 임플란트/웨어러블의 혁신
   심근이나 뇌, 말초신경 등 부드럽고 움직이는 조직에 맞춰 주사로 현장 성형 또는 3D 프린트. 기존의 "딱딱한 전극"에 비해 계면 임피던스나 장기 염증의 감소가 기대됩니다. 워싱턴 대학교 공학부

2. "감싸는" 전극에 의한 고밀도 기록
   다공성 네트워크가 이온 투과와 세포 침윤을 허용하고, 부피적으로 넓은 접촉면에서 신호를 포착할 가능성. 메뚜기 실험은 그 개념 실증입니다. 워싱턴 대학교 공학부

3. 재생의료×전자치료
   조직공학의 발판(스캐폴드)으로 세포를 포용하면서, 전기 자극으로 분화와 배향을 제어하는 등의 "자극 가능한 발판"의 길이 열립니다. Rutz 연구실은 2025년 초에 부드러운 생체 모방 스캐폴드의 3D 프린트 연구도 발표하였으며, 이번 소재는 그 확장선에 있습니다. 워싱턴 대학교 공학부
   
   

기술의 핵심: 재료, 미세구조, 프로세스

• 재료: PEDOT:PSS는 투명하고 안정적이며 생체 친화성이 높은 전도성 폴리머입니다. 첨가제나 처방으로 전도율을 크게 늘릴 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 위키피디아

• 미세구조: 입자 간의 "틈"이 미크론 구멍을 만들어 이온 이동 경로와 세포 스케일의 공간을 동시에 제공합니다. 밀착과 신호의 처리에 효과적입니다. 워싱턴 대학교 공학부

• 프로세스: 에멀젼법→여과로 충전→압출(3D 프린트)이라는 범용 프로세스. 기존 프린터나 마이크로 로봇에의 구현도 시야에 들어옵니다. 워싱턴 대학교 공학부

(참고) 동일 분야에서는 PEDOT 기반 하이드로겔의 고해상도 3D 프린트나 신축 배선과 같은 접근법도 진행 중입니다. 배경 기술로서 주목해야 합니다. 미국 화학회 출판물

과제와 리스크: 여기를 주목해야

• 장기 안정성: 수분 분자나 이온 환경에서 전도성 유지와 기계적 특성의 변화를 어떻게 억제할 것인가. PEDOT:PSS는 pH 및 염 농도에 따라 전도성이 변동한다는 보고도 있습니다. Science

• 전극—조직 인터페이스: 전하 주입 한계나 발열 및 전해 반응 등, 안전 영역의 정량화.

• 멸균 및 약기 대응: 주사 제제/임플란트 재료로서의 제조 일관성(입자 크기, 분산, 잔류물), 멸균 후 특성 유지, 생분해/비분해의 선택 등.

• 회수성 및 가역성: 입자계라면 재분산 및 제거의 설계도 가능하지만, 체내 동태와 면역 반응의 평가가 필요합니다.
  
  
  

IP 및 사업화 동향

연구팀은 미국 특허 출원을 진행하고 있으며, 대학의 기술 이전 부문(OTM)과 상업화를 추진하고 있습니다. 의료기기 경로뿐만 아니라, 우선은 연구용 프로브/배양계의 발판 전극으로 시장에 진입하는 것이 현실적입니다. 워싱턴 대학교 공학부

SNS의 반응(다이제스트)

• 연구자 본인의 발신: 제1 저자들의 소속 연구실과 Alexandra Rutz씨의 LinkedIn 게시물에서 논문 공개를 알렸습니다. 연구자 및 학생들로부터 축하 댓글이 이어졌으며, 유연 전극/3D 프린트 응용에 대한 기대가 많이 보였습니다. LinkedIn

• 대학 공식 확산: McKelvey 공학부의 LinkedIn에서도 뉴스를 공유했습니다. 산학 관계자들의 참여가 확인됩니다. LinkedIn

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