[베이징=뉴스핌] 최헌규 베이징 특파원= 중국 연구진이 빛을 받으면 시간이 지나면서 스스로 형태와 구조를 바꾸는 '살아있는 생명체'와 유사한 하이드로겔을 개발했다. 향후 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI), 조직공학, 소프트 로봇 등 차세대 스마트 기기와 의료 분야에 활용될 가능성이 주목된다.

7일 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면 중국과학원 선전선진기술연구원의 두쉐민 교수 연구팀은 생명체의 성장과 형태 변화에서 착안한 'STERS(spatiotemporally evolving reactive species)' 시스템을 개발했다.

이 시스템은 갈륨 기반 액체금속 입자와 비닐 단량체를 활용해 하이드로겔 내부에서 지속적인 화학반응을 일으킨다. 근적외선에 한 차례 노출하면 반응이 시작되며, 최대 4주 동안 반응이 지속될 수 있다. 액체금속 표면의 산화와 산화층 제거가 반복되면서 반응성 물질이 생성되고, 이에 따라 하이드로겔의 구조가 서서히 변화한다.

기존 스마트 소재가 외부 자극에 따라 빠르게 형태를 바꾸는 데 초점을 맞췄다면, 연구팀은 상처 회복이나 배아 발달처럼 생명체가 장기간에 걸쳐 형태를 변화시키는 과정에 주목했다. 연구진은 수분에서 수주에 걸쳐 미세한 수준부터 거시적 수준까지 하이드로겔의 형태 변화를 조절할 수 있다고 설명했다.

연구팀은 실제 적용 가능성을 확인하기 위해 하이드로겔을 이용해 줄기세포가 뼈세포와 신경세포와 유사한 세포로 분화하도록 유도했다. 또 하이드로겔을 뇌-기계 인터페이스 전극 표면에 적용해 쥐 배아의 성장 과정에서 변화하는 전기신호를 관찰했다. 이를 통해 배아 발달에 따른 뇌파 변화를 정밀하게 감지할 수 있었다고 연구진은 밝혔다.

로봇 분야에서도 활용 가능성이 거론된다. 두 교수는 인간과 유사한 로봇을 구현하려면 움직임뿐 아니라 피부와 감각 능력 등 물리적 특성도 인간에 가까워져야 한다며 이 소재가 향후 소프트 로봇과 감지 기술에 활용될 수 있다고 설명했다. 실제 연구팀은 한 달에 걸쳐 서서히 색이 변하는 하이드로겔을 만들어 장기간 상태를 알려주는 시각 센서로 활용하는 실험도 진행했다.

다만 상용화까지는 과제가 남아 있다. 특히 조직별 성장 속도에 맞춰 소재의 형태 변화 속도를 정밀하게 조절하고, 더욱 느린 변형을 구현하는 한편 외부 자극을 통해 원하는 시점에 변화를 제어하는 기술이 필요하다.

액체금속이 조직에 미칠 수 있는 안전성 문제를 해결하기 위해 연구팀은 소재를 '샌드위치 구조'로 감싸 주변 조직으로 누출되는 것을 막는 방식도 적용했다.

연구 결과는 국제 학술지 'Matter'에 지난 9월 4일 게재됐다.

[베이징=뉴스핌] 최헌규 베이징 특파원 chk@newspim.com