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김형준 KIST 차세대반도체연구소장 국내 반도체산업이 메모리분야에 편중된 한계를 극복하기 위해 비메모리분야를 키워야 한다는 목소리가 높다. 최근 주목받는 삼성전자, SK하이닉스, DB하이텍의 시스템반도체를 위한 파운드리 및 이미지센서는 비메모리분야 중에서도 많은 투자가 이뤄지는 분야라고 할 수 있다. 반면 반도체를 사용하지만 상대적으로 주목을 덜 받는 분야도 있으며 이런 분야의 전망과 활용 측면에 관심을 가지는 것이 국내 반도체 생태계에 다양성을 가져올 수 있을 것이다. 흔히 반도체는 메모리와 같이 전자를 가둬 기억하는 반도체와 전자의 흐름을 제어하는 시스템반도체로 나뉘는 것으로 알려져 있다. 하지만 자세히 보면 전자가 아닌 빛으로 제어 가능한 반도체도 널리 사용된다. 광(光)반도체는 통신이나 컴퓨팅 등을 위해 빛 신호를 생성·제어할 수도 있는데 최근 주목받는 초고속 광컴퓨팅도 이와 관련이 있다. 예를 들면 이미지센서는 반도체가 빛을 흡수해 전류신호를 발생하는 소자다. 그런데 반대로 반도체에 전류를 흘리면 빛을 발생하는 것이 가능해지는데 이를 이용한 것이 우리가 일상적으로 쓰는 LED 조명이나 레이저다. 광반도체분야는 전체 반도체 시장의 10%대를 차지하는데 우리나라의 점유율이 낮은 편이어서 관련학계 및 산업을 키우는 것이 필요하다. 광반도체분야는 빛과 반도체의 다양한 원리를 통해 상호작용하는 특성을 연구한다. 기본적으로는 빛의 흡수·방출 외에 빛의 세기·위상을 조절하고 이 빛의 간섭을 이용해 광신호를 만드는 원리다. 이런 광반도체 소자를 이용하면 빛의 속도로 신호처리를 할 수 있어 다양한 분야에 응용이 기대된다. 전자소자로는 도달할 수 없는 속도의 초고속통신, 양자센싱·컴퓨팅, 라이다(LiDAR), 인공지능 등을 구현할 수 있을 것으로 보이며 선진국에선 학계와 산업계에서 꾸준히 연구·개발 중이다. 이렇듯 광학적인 성질을 가진 광반도체분야는 광통신, 광센서, 레이저 등 분야에서 널리 사용되며 활용분야도 무궁무진하다. 넘어야 할 허들도 있다. 광반도체는 매우 비싼 화합물 반도체를 사용한다. 가격경쟁력에서 불리한 상황에서 나노소재와 이를 이용한 새로운 소자개발 등이 지속적으로 이뤄져야 한다. 최근에는 전자소자에도 널리 쓰이는 실리콘을 사용한 광제어 소자가 일부 상용화했는데 실리콘은 흡수 외에 빛과 상호작용이 약한 편이므로 이를 극복하는 연구가 활발히 진행된다. 이와 관련해 2차원 물질인 그래핀, 이황화몰리브덴(MoS2), 흑린 등이 대체물질로 주목받는다. 이러한 2차원 반도체는 화합물 반도체나 실리콘과 다르게 원자 단위로 이뤄져 있으므로 빛과 반도체 사이 상호작용을 극대화함으로써 기존 3차원 재료로는 불가능하던 초저전력·초고속 광컴퓨팅이 가능할 것으로 기대된다. 필자가 몸담고 있는 한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소에서는 다양한 나노소재를 활용·개발하고 있다. 빛의 상호작용을 이용하는 나노소재들의 합성부터 이를 활용한 소자제작 등 폭넓은 연구를 하며 이를 양자나 센서, 광컴퓨팅 등에 활용할 수 있는 응용연구를 진행 중이다. 다양한 나노소재와 소자를 이용한 광반도체 및 광컴퓨팅 분야는 중요하고 선도적 분야라고 할 수 있지만 연구의 중요성이나 관련 연구자 규모에 비해 국내에선 크게 주목받지 못한다. 학계나 일부 산업계에서도 많은 사람이 노력하지만 정부의 관심과 체계적인 지원이 시급하다. 관련 연구분야에 대한 적극적인 지원은 메모리, 디스플레이 등에 치우친 국내 산업분야의 편중을 극복하고 균형적인 반도체 발전을 가져올 것이라 생각한다. 또 광반도체 및 광컴퓨팅분야가 국내에서 성장하고 반도체 생태계 다양성에 도움을 주면 이를 통해 세계적으로도 주목받는 선도적 기술패권분야로 자리매김할 수 있을 것이다. 빛을 통해 세상을 바꿀 수 있는 기술을 기대해본다. 출처 : 머니투데이(링크)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)