방석호 교수 공동연구팀, 지속적인 전기장 방출이 가능한 흉터 억제 패치 개발

- 기존 드레싱에 접목하여 안정적인 전기장 인가와 효과적 흉터 억제 효과 확인

▲ (왼쪽부터) 성균관대 방석호 교수(교신저자), 경희대 최동휘 교수(교신저자), 성균관대 김성원 박사(공동1저자), 경희대 조수민 박사과정생(공동1저자)

화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀이 경희대학교 기계공학과 최동휘 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 지속적인 직류 전기장 방출이 가능한 흉터 억제 패치를 개발하였다.

상처가 나면 우리 몸은 상처 회복 과정을 통해 새로운 피부로 대체한다. 이 회복 과정에서 흉터의 발생은 피부 상처 재생에 있어 필연적이다. 흉터 조직은 정상 피부 조직 대비 미관상으로 좋지 않을뿐더러 피부 탄력성이 떨어지고 각종 피부 소기관이 부재하여 기존 피부 역할을 완전하게 대체하는 데는 한계가 있다.

전통적인 상처 치료 방법은 드레싱 등의 제재를 이용하여 상처를 외부 감염원 등과 차단하는 등 상처의 보호를 주목적으로 한다. 이에 반해, 진보된 상처치료는 상처 보호와 더불어 치유 촉진 등에 목적을 가지고 있다. 기계적 자극(음압), 빛 등 외부 자극을 인가하는 진보된 상처치료 드레싱 중에서 상처치료에 대한 전기장 인가는 웨어러블 디바이스의 발달과 함께 스마트 헬스 케어의 방법으로 주목받고 있다.

전기장 인가는 상처 초기 회복단계에서 전기자극을 통해 각종 피부 세포들을 상처부위로 포집시킴으로써 피부의 재상피화를 촉진한다. 또한 재상피화 이후의 상처 리모델링 단계에서의 콜라겐의 비정상적 형성을 억제하는 것으로 알려져 흉터 치료에서도 효과적인 치료원으로 주목받고 있다.

▲ 직류 전기장 생성 필름을 이용한 흉터 억제 기전

이 때문에 신체에 부착해 안정적이고 지속적으로 전기장을 인가해 줄 수 있는 전기장 인가 웨어러블 디바이스 개발의 필요성이 제기되고 있다. 외부 에너지 공급형 디바이스부터 압전 전기장(piezoelectric) 발생형 등 다양한 디바이스 개발이 진행되고 있다.

하지만, 기존 외부 에너지 공급형 방식은 전기장치의 에너지 공급원이 필요하여 휴대에 어려움이 있으며, 지금의 압전/정전 방식의 전기장 인가는 복잡한 제조 공정 및 불규칙적 전기장 인가 등 환자의 접근성과 장치 신뢰성이 떨어지는 한계점을 가지고 있다. 특히 피부는 각종 체액 및 역동적인 환경(굴곡진 피부 등)을 가지고 있어 안정적인 전기장 인가를 더욱 어렵게 한다.

이에 공동연구팀은 주입된 이온화된 전하로부터 생성된 준영구적 전기장을 제공할 수 있는 다층 적층 전기집적(MS-electret) 패치를 개발하였다. 이는 특정 영역에 골고루 전하를 주입할 수 있는 바늘-그리드 전극이 장착된 코로나 충전 시스템을 사용하여 제작되었다. 이 패치는 필름 재질로 상처 크기에 맞게 재단할 수 있으며, 기존 드레싱에 접목할 수 있어 안정적인 전기장 인가를 가능하게 한다는 장점이 있다.

▲ 직류전기장 생성 필름 제작 방법 및 필름 수에 따른 전기장 분포

나아가 연구팀은 MS-electret 패치에서 발생하는 직류 전기장이 인간 피부 섬유아세포의 섬유화 활동을 제한하는 것을 확인하였으며, 패치에서 발생한 전기장이 섬유화 활동을 억제시킴으로써 흉터 크기를 감소시키는 것을 확인하였다.

방석호 교수는 “임상 적용이 가능하도록 후속 연구를 통해 실제 응용 가능성을 확인할 예정이다.”라고 설명했다.

연구팀의 이번 연구 결과는 에너지 분야 세계권위지인 인포맷 저널(InfoMat, IF: 22.7)에 게재되었다.

▲ 직류전기장 생성 필름의 마우스 흉터 개선

○ 관련 언론보도

- 성균관대·경희대, 흉터 억제하고 크기 줄이는 패치 개발 <헤럴드경제, 2023.12.04.>
- 성균관대 방석호 교수 공동연구팀 지속적 전기장 방출 가능한 흉터 억제 패치 개발 <베리타스알파, 2023.12.04.>
- 성균관대 방석호 교수 연구팀, 흉터 억제 패치 개발 <대학저널, 2023.12.04.>
- 성균관대-경희대 공동연구팀, 흉터 억제 패치 개발 <브릿지경제, 2023.12.04.>