홍합에서 영감받은 초강력 코팅! 세균과 바이러스까지 막아내는 차세대 표면 개질 기술 탄생

DGIST-단국대학교-KIST-아주대학교 공동연구팀, 다기능성 표면 개질 기술 개발

연구결과는 신소재 분야 세계적 학술지 ‘Advanced Healthcare Materials’ 표지논문 선정

DGIST(총장 이건우) 로봇 및 기계전자공학과 김봉훈 교수 연구팀이 항균성과 바이러스 방오(防汚, 오염 방지) 기능을 동시에 갖춘 차세대 표면 개질 기술을 개발했다.

이번 연구는 단국대학교 고분자시스템공학부 오준균 교수, KIST 생체분자인식연구센터 김호준 선임연구원, 아주대학교 첨단신소재공학과 김장환 교수와의 공동연구로 진행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 ‘Advanced Healthcare Materials’의 표지논문으로 선정돼 그 우수성과 실용성을 인정받았다.

이번에 개발된 표면 개질 기술은 다양한 유기 표면에 나노미터 두께의 폴리도파민(PDA) 층을 균일하게 형성할 수 있는 것이 특징이다.

이 기술은 곡면이나 미세한 기공 구조를 가진 복잡한 표면에도 균일한 코팅이 가능하며, 체내 분비물로 인한 전기적 신호 변동을 최소화해 생체 신호 측정의 안정성을 높일 수 있다.

항생제 토브라마이신(TOB)을 결합한 PDA 층은 세균 살균 효과를 극대화하는 동시에, 코로나바이러스의 피부 표면 흡착을 억제해 의료용 패치, 웨어러블 센서 등으로의 응용 가능성을 입증했다.

아울러 이번 연구의 표면 개질 방식은 기존 화학적 증착이나 자기조립 단분자막(SAM) 공정의 한계인 독성 용매 사용이나 진공 환경 의존성 문제를 효과적으로 해결했다.

PDA 기반 코팅은 수용액 환경에서 빠르고 안전하게 형성되며, 피부·과일 껍질·동물 조직 등 표면 에너지와 거칠기가 다양한 기질에서도 동일한 성능을 구현했다.

이러한 높은 범용성은 향후 감염 방지 소재, 생체 신호 측정 기기, 화장·미용 산업 등 다양한 분야로의 확장 가능성을 보여준다.

▶다양한 기질에 적용 가능한 다기능성 표면 개질 플랫폼. 초박막 폴리도파민 표면 개질을 통해 피부, 모발, 과일 껍질 등 다양한 표면에 균일한 개질이 가능함을 보여준다. 광학·전자현미경과 라만 분광 분석을 통해 코팅의 성공 여부를 확인했으며, 접촉각 측정을 통해 표면 에너지가 증가해 친수성이 부여됨을 입증함.

▶폴리도파민 기반 항균·바이러스 방오 성능에 대한 모식도. PDA 및 TOB-PDA 코팅이 표피에서 세균과 바이러스의 부착·증식을 효과적으로 억제함을 보여준다. 세균 성장 억제율, 바이러스 탈착 메커니즘, 그리고 흡착 감소 결과를 통해 항균성과 항바이러스성을 동시에 갖춘 표면 개질 기술의 우수성을 보임.

김봉훈 교수는 “이번 연구가 국제적으로 저명한 학술지의 표지논문으로 선정돼 매우 뜻깊다”며, “향후 의료 현장과 웨어러블 전자 소자 분야에서 항균과 방오 기능을 실질적으로 적용할 수 있도록 연구를 이어가겠다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 ‘글로벌 생체융합 인터페이싱 선도연구센터(ERC)’와 ‘DGIST 피지컬 AI 센터’의 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 ‘Advanced Healthcare Materials’ 최신호 표지논문으로 게재됐다.