중국중화권 첨단기술 모니터링 및 DB 구축사업 신소재 분야를 중심으로

원 녹색 광을 나타내는 금속 착물 파우더를 손으로 누르면 황색 광으로 변화되고 있으며 휘발성 기체를 접촉했을 때 황색 광은 다시 녹색으로 변화한다. 이런 특성을 이용하여 연구팀은 이런 유형의 재료로 황색 발광 박막을 개발했으며 특수한 방법으로 개발한 ‘기체 펜’으로 정보 기록을 실행하였다. 자오창(趙强) 교수는 “이번 연구를 통해 외계 마찰력과 기체 분위기뿐만 아니라 인광 금속 착물은 외부 전기장에서도 마찬가지로 자극 반응에 의한 흥미있는 인광 변색 현상을 나타낼 수 있다는 점을 발견했다”고 설명했다. 자오창(趙强) 교수는 “재료가 다양한 자극 발광 반응을 나타낼 수 있는 것은 연구 팀이 인광 착물의 배위자(Ligand)에 특수한 수소 공여체(供輿體)를 도입하여 극성이 외계환경의 변화에 따라 변화할 수 있게끔 하였으며 한 층 더 나아가 착물의 발광 성격에 뚜렷한 영향을 생성시켰기 때문이다”라고 해석했다. 재생의학은 이미 임상에서 성공적으로 피부재생, 관절 연골 재구축, 근율, 골수 손상복구, 면역시스템 재구축 등에 성공적으로 응용되었으며 하지 빈혈, 동맥 경화증, 심근 경색을 포함한 빈혈성 질병 치료 및 각 종 기관조직(예를 들면 신경, 간장, 심장, 췌장 등)복구와 재생의 동물 모델 및 임상 실험에서 양호한 효과를 나타냈다. 하지만 전통적인 조직공정은 인공 조직의 공간 사이즈가 비교적 크기 때문에 상처가 있는 수술 이식으로 실현해야 하며 물질이행(Mass transfer) 문제로 인해 이식세포의 생존율도 중대한 도전에 직면하여 있는 상황이다. 이와 비교하면 주사 가능한 세포치료는 유리 세포(Free cells)를 미세한 상처만 내는 방식으로 직접 체내에 주입시켜 진행하기에 더욱 양호한 임상 응용 전망을 보유하고 있다. 하지만 체내에 주사한 유리 세포가 대량 손실되고 병원균 부위에서 사망되기에 현재 세포치료의 효율이 낮고 불안정하며 중복성이 취약한 상황이다. 관련 연구에 근거하면 세포치료로 하지 빈혈성 질병을 치료할 때 체내에 주사한 세포 중 최종 3% 정도만 빈혈 및 염증 부위에 치료 역할을 발휘한다. 국내 당뇨병 환자의 하지 절단 비율은 21~37.5%의 높은 비율을 차지하고 있으며 동 요법은 하지 빈혈 질병환자에게 좋은 소식을 가져다주게 될 것으로 전망된다. 연구팀은 관련 기술은 특허를 신청했으며 초보적으로 주사 가능한 3D줄기세포 미세조직이 기타 질병 예를 들면 피부손상, 간장 쇄약 및 추간판 퇴화(Intervertebral disc degeneration) 등 질병에 양호한 치료 효과가 있다는 점을 입증했다. 두야난(杜亞楠) 교수는 지난 2010년도에 MIT에 박사후 연구를 실행한 후 칭화(淸華)대학 의대 생물의학공정학부에 초빙되었으며 소속 실험실은 주로 마이크로 사이즈 기술을 응용하고 생물재료 및 세포 생물학을 결합하여 정확하고 제어 가능한 3D마이크로 사이즈 조직을 구축하여 재생의학 및 약물 선별과 병리 연구를 위해 신형 공정수단 및 솔루션을 제공하는 연구를 실행하고 있다. 이번 연구는 칭화(淸華)대학 의대 생물의학공정학부 바이징(白淨) 교수 실험실의 작은 동물 영상화 부분에서 많은 지원과 협력을 받았으며 국가자연과학기금위원회 및 국가 과학기술부 ‘973 계획’ 프로젝트 비용 지원을 받아 추진되었다. 과학기술의 지속적인 발전으로 3D프린터는 이미 성공적으로 인체의 각 종 장기를 프린트 할 수 있게 되었으며 프린트한 기관과 조직은 이미 수술에 응용되고 있는 상황이다. 최근 톈진(天津) 첨단기술산업단지 내에 입주한 기업체인 톈진(天津) 웨이선(微深) 과학기술유한회사에서 독자적으로 연구 개발하여 제조한 국내 첫 번째 생물 이식 물질 3D프린터가 양산단계에 들어갔다. 동 설비는 의료 업계의 고객을 위해 전문 제작한 모델이며 혁신적으로 새로운 스프링클러(Sprinkler system) 시스템을 취합하고 압출 적층 방식(Fused deposition modeling, FDM)에 기반을 두고 웨이선(微深) 과학기술회사의 3차원 스캐너를 조합하면 생물활성을 보유하고 있는 특수재료를 신속하게 특수 형태가 있는 생물 이식 물질로 개발할 수 있다. 동 설비의 주요 작업 부품은 모두 의료 등급 재료로 개발되어 이식 물질의 청결을 보장할 수 있다. 이식한 물체는 인체에 완전히 흡수될 수 있어 환자의 빠른 회복을 도와주고 있다. 이식 물질 3D프린터는 전통 공법의 성형이 어렵고 재료가 2차 오염을 받기 쉬운 등 여러 가지 문제를 해결할 수 있다. 많은 대체기능재료를 연구 개발하였으며 연료전지 촉매제 방면에서 성과를 거두었다. 대체기능재료: 프라운호퍼 세라믹기술 및 시스템 연구소(IKTS)는 얼마름-직접적인 발포방법(冻干—直接发泡法)으로 신형의 알킬기 인화석/산화지르코늄 복합재료를 개발하였다. 구멍이 많은 받침대 구조는 뼈로 되는 세포와 결합하여 생리적인 뼈의 재건을 추진할 수 있다. 뒤스브루고대학교(university of duisburg essen)는 인산칼슘나노미터결정체 표면에 핵산물질을 싸는 방법으로 연고 상태의 복원재료를 제작하였으며 인체 골격의 복원속도를 제고할 수 있고 복원과정을 개선할 수 있다. Universit t des Saarlandes에서는 주요성분이 니켈과 티타늄인 지능합금재료를 연구 제작하였다. 전기가 통할 때 내부에서 상변화 현상이 나타나고 결정격자 구조에 변화가 발생한다. 이 재료를 이용하여 제작한 하니스는 전기가 통할 때 수축되고 단전 후에는 원래의 형태를 회복하며 “인공근육”을 연구 개발하는데 사용될 수 있다. 조직 공정은 한 개의 스텐트 혹은 매트릭스를 제작하는 것이며 중심이 복잡하고 다공(多孔)성 경사도(Gradient)가 있는 구조이고 재료의 경사도와 구조의 경사도가 균일하지 않으며 마지막에 이 세포는 체내에서 분해하고 사라지기에 세포가 차지한 위치는 신체의 일부분으로 된다. 비록 오래전부터 조직 공정을 시작했지만 3D프린팅과 결합한 후 엄청 큰 동력을 얻었으며 그 원인은 정밀도가 높은 재료 경사도와 구조 경사도가 있는 스텐트를 제작할 수 있고 디자인한 후 3D프린트로 제작할 수 있으며 세포 육성을 유도한 후 분해될 수 있기 때문이다. 그러므로 생물재료의 3D프린팅은 재료공정, 매개체 스텐트 및 매트릭스 구조를 제작할 수 있는 최적의 방법이다. 세포 3차원의 직접 제조는 생명력이 있는 물질 예를 들면 세포를 재료와 혼합한 후 3D프린트하는 것이다. 현재 중국 인체 장기의 시장수요가 더 많아지고 있으며 1:100비례는 중국 현재 장기 이식 중 “제공자”와 ”환자”의 비례이다. 중국은 연간 3,000건 이상의 신장 이식 수술을 하지만 실제 수요자는 30만 명에 달한다. 거대한 시장수요는 3D프린팅 생물 재료의 발전을 추진할 것이다. 다음 각 연구팀의 리더들인 장리췬(張立群) 교수, 중충리(仲崇立) 교수, 위중전(於中振) 교수, 간즈화(甘志華) 교수 및 양웨이민(楊衛民) 교수는 “신형 나노 마이크로 구조재료의 분자 디자인 및 성능연구”, “생물 위상 재료의 제작 및 응용”, “탄성체 기반 나노 복합재료” 등 12개 연구 과제 진척 상황에 대한 학술보고를 진행했다. 각 교차 과제 담당자인 양칭웬(陽慶元) 교수, 차오다펑(曺達鵬) 교수 및 위중전(于中振) 교수는 “나노 주입재료가 탄성체 복합재료에서 분산되는 연구”, “나노 탄산칼슘의 표면 수정 및 인성 강화 중합체 나노 복합재료 연구”, “탄소섬유 복합재료 인터페이스 특성에 대한 연구” 등 3개 연구 과제 진척에 대한 보고를 했다. 그 외, “박막 태양에너지 전지” 및 “3D 프린트” 두 개 주제에 대한 학술 토론을 진행했다. 동 세미나 개최는 실험실 재료분자 디자인 및 인터페이스 과학, 선진적인 무기 위상 및 유기 위상 재료 개발, 유기 및 유기 복합재료 개발 및 응용 등 3개 특색 있는 연구방향의 교차 및 융합을 추진했으며 실험실의 각 종 연구 분야의 교차 및 합작에 중요한 기반을 마련했다.