| 초록 |
연구개발 목표 및 내용 최종 목표 셀룰로오스 나노섬유를 기반 소재로 하여 박테리아를 함유하는 3D 프린팅 활성 바이오잉크를 제조하고 기존 기법으로는 구현이 불가하였던 복잡한 구조의 셀룰로오스 3차원 구조체를 생합성할 수 있음을 검증하고 이의 응용성을 제시하는 것을 최종 목표로 함. 전체 내용 [1차년도] 박테리아의 배양이 가능한 범용 셀룰로오스 기반의 배양 하이드로겔을 제조하는 것으로 박테리아의 생존, 증식 및 대사활동에 의한 바이오물질 발현이 가능한 배양 하이드로겔의 구성 조건을 탐구하고자 함. [2차년도] 상온 또는 저온 조건에서 점성 잉크 소재를 3D 프린팅하기 위한 시스템의 조건 제어 및 하이드로겔 잉크의 조성 최적화를 실시하게 됨. 다양한 형태의 디자인 구성을 통하여 프린팅 효율을 평가하고 응응 가능성을 확인함. [3차년도] 셀룰로오스 나노파이버 하이드로겔 기반의 복합 바이오잉크를 이용하여 최적의 프린팅 해상도 및 응용성을 겸비한 디자인에 따라 프린팅을 진행함. 확보된 3차원 복합 하이드로겔 구조체는 배양 시스템으로 옮겨져 박테리아의 활성을 유도하게 되며 하이드로겔의 모양을 토대로 하여 바이오물질을 배출피막을 형성하게 됨. [4차년도] 공극을 포함하는 관 모양 등으로 제조하고자 하는 연구가 진행되고 있으나 가지 구조와 같은 연결 부위 또는 구조체를 제조하는 것이 불가능하였음. 본 연구에서는 혈관 구조 또는 폐 구조와 같은 복잡한 가지 구조를 제조하기 위하여 3D 프린팅 기법을 이용하고자 함. [5차년도] 제조된 셀룰로오스 나노파이버 기반소재 표면에 세포의 부착을 실시하여 조직의 구성과 역할을 부여하고자 함. 세포 적합성을 평가하고, 세포의 부착 및 성장 여부를 형광 및 전자현미경을 통하여 확인함. [6차년도]박테리아 셀룰로오스 삼차원 세포지지체의 신축성 향상을 위하여 이종 소재와 복합화하고 공정을 제안함. 연구개발성과 연구 분야에 있어서 세계적 수준의 저널들에 논문을 다수 게재 발표하였다. 세계적 수준의 최상위 저널인 Nature Communications(IF 17.694, 92.57%)에 1편의 논문이 발표 게재되었고, 바이오매스 및 바이오 고분자소재 분야의 최우수 저널인 Carbohydrate Polymers(IF 10.723, 97.32%)에 4편, Cellulose(IF 6.123, 97.62%)에 1편의 논문이 게재 발표되었다. 또한 바이오 응용소재 분야에서 최우수 저널인 ACS Applied Materials & Interfaces(IF 10.383, 85.94%)에 2편, Journal of Industrial and Engineering Chemistry(IF 6.760, 83.57%)에 2편의 논문이 게재 발표되었다. 이들 논문에 대한 총 IF 합은 100.995이며, 이는 정성적으로 최고 수준의 연구 성과임을 의미한다. 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 본 연구결과는 펄프 소재를 기반으로 제조된 셀룰로오스 나노파이버를 핵심 잉크 소재로 이용하고 이에 필요한 요소 기술 및 핵심 요건들을 검증하고 후속 연구자들이 참고 인용할 수 있도록 하며, 4차 산업의 신제조 공정으로 선정된 3D 프린팅 산업의 구체화에 주요한 역할을 하게 됨. 현재까지 3D 프린팅을 위한 잉크는 소성용 분말, 열가소성 필라멘트 또는 광경화성 액상 소재를 기반으로 제조되고 있으며 프린팅된 구조체 자체가 최종 산물이 되는 것이 일반적임. 최근 프린팅된 3차원 구조가 외부자극에 의하여 새로운 구조로 변환되는 4D 프린팅 개념이 보고되고 있으나 개념 확인에 국한되는 경향이 크며 주목할 만한 기능성을 기대하기에는 부족한 면이 있음. 또한 하이드로겔에 바이오 물질을 담지하여 세포 부착 증진 또는 약물 방출 기능을 보여주는 3D 구조체를 프린팅한 연구가 보고 되고 있으나 셀룰로오스 나노파이버를 기반으로 한 박테리아 활성 3D 바이오잉크에 대한 연구는 보고된 바가 없는 도전적이고 독창적인 연구이며 중요한 기초 결과가 될 것임. (출처 : 요약문 2p) |
