▲ 기능화된 셀룰로오스 나노결정(ACNC) 합성과 3D프린팅 소재(레진) 적용 모식도

3D프린팅 의료소재 전문기업 ㈜그래피가 인체 친화적인 셀룰로오스를 적용한 고강도 3D프린팅 의료소재를 개발해 환자 맞춤형 의료기기 적용 확대가 기대된다.

㈜그래피(대표 심운섭)는 한국과학기술원(KAIST) 윤용진 교수 연구팀과 공동 수행한 첨단 바이오소재 연구가 제조 공학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Virtual and Physical Prototyping’에 게재됐다고 21일 밝혔다.

이번 연구 성과는 최근 한국산업기술기획평가원(KEIT) 단계평가에서 ‘계속’ 판정을 받으며 2단계에 진입한 대규모 국책과제인 ‘환자맞춤형 직접 프린팅 담도 스텐트·치아교정장치용 심바이오틱 생체적합성 의료기기 소재 및 제품화 기술개발’의 핵심 성과로 분류·등록됐다.

연구팀은 식물 유래 바이오소재인 셀룰로오스 나노결정(CNC)을 아크릴화(acrylation)하여 기능화한 ACNC를 개발, 광경화성 탄성 레진에 적용했다. 이를 통해 기존 CNC의 한계였던 응집 문제와 레진과의 낮은 계면 적합성을 해결했다. 특히 단 0.01 phr 수준의 초저농도 첨가만으로도 기존 대비 인장강도가 최대 173% 증가했으며, 연신율과 인성 모두 유의미하게 향상됨을 입증했다.

논문에서는 이러한 ‘인터페이스 설계형 바이오 나노소재 플랫폼’ 기술을 활용해 환자 맞춤형 신장암 절제 가이드와 담도 스텐트 구조체를 직접 출력하여 검증했다. 그 결과, 복잡한 형태의 구조물에서도 우수한 출력 안정성과 탄성 특성이 유지됨을 확인했다.

그래피 컨소시엄은 해당 KEIT 국책과제의 1단계 기간 동안 국내외 특허 24건과 SCI 논문 21편을 배출하며 기술 경쟁력을 입증한 바 있다. 그래피는 2027년까지 진행되는 과제 2단계를 통해 심바이오틱 기반 맞춤형 교정장치와 담도 스텐트의 핵심 기술을 고도화하고, 상용화에 박차를 가해 글로벌 헬스케어 소재 시장을 선도해 나갈 계획이다.

본 국책과제의 총괄 책임자인 그래피 김훈 수석연구원은 “이번 학술적 성과는 단순히 새로운 첨가제를 도입한 것을 넘어, 바이오 기반 나노소재를 활용해 3D프린팅 의료기기의 소재 인터페이스 자체를 설계하는 기술을 논문을 통해 명확히 규명하고 검증했다는 데 큰 강점이 있다”며, “국가과제를 통해 축적 중인 심바이오틱 소재 플랫폼 기술을 세계 무대에 객관적으로 어필할 수 있는 핵심 근거가 될 것”이라고 강조했다.

공동 교신저자인 KAIST 윤용진 교수는 “친환경 바이오소재인 셀룰로오스 나노결정을 실제 광경화성 의료소재 시스템에 성공적으로 적용한 사례”라며, “향후 환자 맞춤형 연성 의료기기 및 바이오메디컬 3D프린팅 분야의 중요한 기반 기술로 확장될 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 논문은 그래피 기업부설연구소 김훈 수석연구원과 KAIST 윤용진 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 연구에는 그래피 연구소 민진홍 과장, 이지호 선임연구원을 비롯해 독일 KIT(Karlsruhe Institute of Technology) 연구진이 함께해 국제 협력 연구로 진행됐다. 

▲ 연구팀은 ACNC이 적용된 소재를 가지고 환자 맞춤형 담도 스텐트 및 신장암 절제 가이드를 3D프린팅으로 출력했다.