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주사기는 세계 의료기 시장의 30%를 차지하는 기본적인 의료도구다. 혈관, 피하, 근육 등의 경로로 질병 예방 및 치료용 약물을 주입하거나 혈액채취, 생검 등 대부분 의료현장에서 사용된다. 처치 후에는 환부를 압박해 지혈해야 하는데 혈우병, 당뇨, 암 등 지혈 기능성이 약한 환자와 아스피린 같은 항혈전제제 장기복용자 등은 정상적으로 지혈이 이뤄지지 않는 경우도 많다.
이 교수가 개발한 무출혈 주사바늘은 표면을 지혈 기능성 재료로 코팅하는 방식이다. 비교적 간단한 개념이지만 관건은 주사바늘을 코팅하는 재료가 피부와 혈관조직을 뚫고 체내로 주입될 때 작용하는 마찰력을 견딜 수 있도록 표면에 단단히 고정돼 있어야 한다는 것이다. 또 주사 후에는 혈관 내벽이나 피부에 붙어 주사 부위를 막아야 하며 인체에도 무해해야 한다.
이 교수는 자연을 모사하는 천연 고분자 소재에서 해답을 찾았다. 파도가 치는 해안가 바위에도 단단히 붙어 있는 홍합은 발끝의 섬유다발인 족사 구조에 카테콜아민 성분이 존재한다. 이 교수는 갑각류의 단단한 껍질에서 추출되는 키토산 골격에 카테콜을 함유한 키토산-카테콜 신소재를 이용해 주사 과정의 마찰력을 견디고 혈액과 즉각적 접착막을 형성하는 무출혈 주사바늘 코팅용 생체 접착제를 개발했다.
홍합모사 생체접착제를 주사바늘에 마이크론 두께로 코팅하면 건조 과정에서 얇은 박막이 형성된다. 이 박막은 혈액과 닿으면 빠르게 하이드로젤 형태의 연성 소재로 바뀌면서 혈장단백질과 결합해 주사바늘 구멍을 막는 실런트(sealant) 역할을 하게 된다.
무출혈 주사바늘에 사용한 지혈물질은 단독으로 지혈제로 사용할 수 있다. 지난 2015년 지혈제를 국내에서 상용화한 데 이어 2016년 미국 식품의약국(FDA)의 허가를 획득했다. 또 관련 연구내용은 지난해 국제학술지 네이처 머터리얼스(Nature Materials)에 게재됐다.
이해신 교수는 “홍합의 접착 메커니즘을 모사한 키토산-카테콜은 생리식염수에서도 높은 용해도를 보이고 점막이나 조직에 대한 접착력도 우수해 주사바늘을 코팅하기에 매우 적합한 소재”라며 “이를 단백질과 결합해 혈관주사를 놓으면 타겟팅이 어려운 심장에 약물을 선택적으로 전달할 수 있어 심장 난치병 치료에도 유용할 것으로 기대한다”고 말했다.
‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 과학기술 연구자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만 원을 수여하는 시상이다.
