생체재료공학과

생체적합성

Biocompatibility

재료 표면이 인체 조직과 접촉했을 때, 면역계가 이물질로 인식해 염증·거부반응을 일으키지 않고, 재료에서 유해 물질이 용출되어 독성을 일으키지도 않는 성질. 아무리 강도가 뛰어난 재료라도 생체적합성이 없으면 의료용으로 절대 쓸 수 없는, 의료용 재료 선택의 최우선 관문.

ex) 새로운 임플란트 소재를 개발하면 강도 시험보다 먼저 세포독성·염증 반응 시험부터 통과해야 하는 것.

임플란트 재료

Implant Materials

인공관절·치아 임플란트처럼 인체에 영구 이식되는 재료는 뼈와 비슷한 강도를 내면서도 표면에 안정적인 산화막(부동태 피막)을 형성해 체액 속에서 부식되지 않아야 하며, 티타늄 합금은 이 두 조건을 모두 만족해 가장 널리 쓰임. 뼈 조직이 임플란트 표면에 직접 달라붙어 자라는 골유착(osseointegration) 정도가 이식 성공을 좌우함.

ex) 치아 임플란트가 티타늄 나사를 잇몸뼈에 심어 뼈와 단단히 융합되게 하는 원리.

의료용 고분자

Medical Polymers

체내에서 오랜 시간 안정적으로 형태를 유지해야 하는 비분해성 고분자(인공혈관 등)와, 일정 기간 역할을 다한 뒤 체내에서 물과 이산화탄소로 서서히 자연 분해되어 별도 제거 수술이 필요 없는 생분해성 고분자(봉합사 등)로 나뉨.

ex) 수술 후 저절로 녹아 없어지는 흡수성 봉합사가 이 생분해성 고분자로 만들어지는 것.

약물전달시스템용 지지체

Scaffolds for Drug Delivery Systems (DDS)

약물을 고분자 지지체 안에 담아, 체내에서 지지체가 서서히 분해되거나 팽윤되는 속도에 맞춰 약물이 일정한 속도로 서서히 방출되도록 설계된 재료 기반 구조체. 약을 한 번에 다 흡수하는 대신 오랜 기간 일정 농도를 유지하게 해 복용 횟수를 줄이고 부작용을 낮춤.

ex) 한 달에 한 번만 주사해도 되는 서방형(지속방출형) 주사제.

조직공학 스캐폴드

Tissue Engineering Scaffolds

손상된 조직·장기를 재생시키려면 세포가 붙어 자라날 3차원 뼈대가 필요한데, 이 스캐폴드는 세포가 안착해 증식할 수 있는 다공성 구조를 가지면서도 새로운 조직이 자라나는 속도에 맞춰 서서히 분해돼 결국 스캐폴드 없이 환자 자신의 조직만 남도록 설계됨. 기공 크기·연결성이 세포의 영양분 확산과 혈관 생성 여부를 좌우해 재생 성공률에 직결됨.

ex) 3D 프린팅으로 환자 맞춤형 기공 구조를 가진 인공 뼈 스캐폴드를 제작해 실제 뼈 재생을 유도하는 것.

하이드로젤

Hydrogels

물을 자기 무게의 수십~수백 배까지 흡수해 팽윤하면서도 3차원 그물 구조(가교) 덕분에 완전히 녹아 풀어지지는 않는 고분자 소재로, 물을 많이 머금은 상태가 실제 인체 조직(연골, 각막 등)의 수분 함량과 비슷해 생체적합성이 뛰어남. 온도·pH에 반응해 팽윤 정도가 변하도록 설계하면 자극 반응형 약물전달체로도 활용됨.

ex) 콘택트렌즈나 상처 드레싱재가 하이드로젤로 만들어져 촉촉함과 편안한 착용감을 주는 것.

생체영상 조영제

Biomedical Imaging Contrast Agents

MRI·CT 같은 영상 진단 장비가 특정 조직·병변을 더 선명하게 구분해낼 수 있도록, 자기적 성질(산화철 나노입자)이나 방사선 흡수 특성이 뛰어난 물질을 체내에 주입해 신호 대비를 인위적으로 높이는 재료. 체내에서 독성 없이 작용하고 검사 후 안전하게 배출되거나 대사돼야 하는 엄격한 생체적합성 요구를 동시에 만족해야 함.

ex) MRI 조영제가 종양 조직을 정상 조직과 더 뚜렷하게 구분해 보이도록 신호 대비를 높이는 것.