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부작용 줄이고 활용도 높인
수화젤 기반 생체 이식형 전극 개발 
주사로 주입해 분해 속도 조절… 활용도 높은 체내 이식형 전극 개발
- 신소재공학 이재영 교수팀, 재료 분야 저명 학술지 ‘스몰(Small)’에 게재
□ 지스트(광주과학기술원, 총장직무대행 박래길) 신소재공학부 이재영 교수 
연구팀은 주사로 주입할 수 있고 수명을 조절할 수 있는 생체 이식형 
전도성 수화젤*을 제작했다.
  ∘ 연구팀은 수화젤 기반의 생체 이식형 전극을 개발해 절개 없이 주사
로 주입함으로써 감염 위험 등 부작용을 최소화하고 분해 속도를 조
하여 전극의 수명을 제어했다. 
□ 이식형 생체전극은 정밀한 생체 신호를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 
파킨슨병 치료를 위한 심부 뇌 자극, 만성 통증 완화를 위한 척수 자
극 등 선별적 전기 자극이 가능하며, 생리적 신호를 실시간 모니터링
하여 특정 조직에 표적 약물을 전달하는 복합형 전극으로의 활용이 가
능하다.
  ∘ 반면 기존 이식형 생체 전극*은 절개 시술에 따른 상처, 감염 등 부작
용이 생기거나 금, 백금과 같은 전도성 생체재료 이식 시 조직 손상 
또는 극심한 염증 반응이 일어날 위험성이 있으며 이식 및 제거 시 
지스트(광주과학기술원) 보도자료
http://www.gist.ac.kr 
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2023.03.20.(월)
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홍보팀 김소영 행정원 
062-715-2065
자료 문의
신소재공학부 이재영 교수
062-715-2358
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수술이 필요하다.
    전도성 수화젤: 전도성 수화젤은 수화젤 골격 고분자와 전도성 물질을 섞어 제작
된다. 이렇게 제작된 전도성 수화젤은 전기적 특성이 우수하고 부드러우면서 유연
하기 때문에 세포 지지체, 여러 전자 소자, 생체 전극 등 여러 분야에 응용된다. 
□ 연구팀은 클릭 화학 반응*을 사용하여 생체전극을 주입할 수 있도록 
설계했다. 주사형 전도성 수화젤의 경우, 곡면이나 조밀한 조직 내부에
서 등각 접촉이 가능하다. 생분해성은 수화젤의 고분자 골격의 종류에 
따라 분해 정도를 조절했으며, 생체 내에서 가수분해가 가능하도록 고
분자와 안정적인 고분자를 사용했다.
     * 클릭 화학 반응: 2001년 노벨화학상을 수상한 칼 배리 샤플리스(K. Barry Sharpless)
 만든 용어로, 분자 결합에 사용 가능한 효율적․선택적 화학 반응이다. 이번 
연구에서는 대표적인 클릭화학반응이자 생리학적 조건에서 높은 수율을 보여 주
입성 생체재료에 적절한 Michael addition 반응을 사용했다.
□ 이 수화젤은 기존 금속 기반 생체 전극과 비교해 절개 없이 주입할 수 
있을 뿐만 아니라, 고성능 및 생체 적합성 측면에서 생체 신호 측정에 
더 유리하여 3배 이상 높은 감도로 근전도 신호를 측정할 수 있다. 
  ∘ 30 kPa의 기계적 특성과 20 mS/cm* 정도의 전도도를 보이며 생체조
직과 유사한 부드러운 특성과 생체 신호를 효율적으로 측정할 수 있
는 수준의 전기적 특성을 지닌다. 
   S(Siemens, 지멘스): 지멘스(기호 S)는 전기 전도도(electrical conductance)의 국제 
단위로, 옴의 역수와 같다. 1 지멘스(S)는 1 볼트(V)의 전압이 걸렸을 때 1 암페어(A)
의 전류를 통과시키는 전도도이다. (1 S/cm = 1,000mS/cm)
□ 연구팀이 개발한 수화젤은 분해 속도를 조정할 수 있다. 1) 분해성 수
화젤의 경우, 주입 직후에는 고감도로 근전도를 실시간으로 측정할 수 
있었고 체내에서 분해된 후에는 신호가 측정되지 않았다. 또한 7일 이
내에 완전히 분해되는 것으로 확인됐다. 2) 비분해성 수화젤은 구조적 
안정성을 유지하고 체내에서 오랫동안 변하지 않고 남아있었으며, 
대 3주 동안 생체 전극으로 기능했다.
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    * 근전도(electromyography, EMG): 신경과 근육에서 발생하는 전기적 신호로 질병   
및 근육질환과 말초 신경 질환에 대한 검사가 가능하다.
□ 이재영 교수는 “기존 이식형 생체 전극의 한계를 뛰어넘는 제어 가능
한 분해성, 안정성 및 주입성을 가진 전도성 수화젤을 제작했다”며 
“향후 금속 기반의 전극을 대체해 인체에 활용될 수 있는 더욱 효율
적인 생체 이식형 전극이나 조직 재생의 스마트 전극으로의 활용이 기
대된다”고 말했다.
□ 지스트 이재영 교수팀이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재
원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업과 한국연구재단 기초
연구실사업의 지원을 받아 수행되었으며, 재료 분야 국제 학술지인 
‘스몰(Small)’에 2023년 2월 24일 온라인 게재됐다.  <끝>  
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1.
전도성 수화젤  
 ○ 전도성 수화젤은 전도성 폴리머, 탄소 기반의 물질 등 전도성 물질과 수화젤 
매트릭스를 섞어 제작되는 수화젤이다. 전도성 수화젤은 기본적으로 
전기적 특성과 하이드로젤의 특성, 두 가지 성질을 가져 플렉시블 소자, 
생체 전극 등 여러 가지 분야에 응용된다.
  
용 어 설 명
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그 림 설 명
[그림1] 분해성 및 안정성 주사형 전도성 수화젤의 생체신호 전극 활용 모식도: 
클릭 화학 반응을 이용한 주사형 전도성 수화젤은 생체 내에 주사로 용이하게 주입
이 된 후 자발적으로 젤화되는 이식형 생체 전극임. 또한, 생체내 분해성을 조절할 
수 있어서 수화젤 전극을 임시 또는 영구적으로 목적에 맞게 적용 가능함.
[그림2] 분해성 및 안정성 주사형 전도성 수화젤의 특성 분석 결과 (주입성, 전도성, 
분해성 및 생체 신호 측정): 주사형 전도성 수화젤의 주입성, 전도성 및 분해 조절
성. 주사형 전도성 수화젤의 생체 신호 모식도 및 조정 가능한 분해성에 따른 임시 
또는 영구적 생체 전극으로의 활용 가능성.
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논문의 주요 내용
1. 논문명, 저자정보
 - 저널명 : Small (IF: 15.153)
 - 논문명 : Injectable conductive hydrogels with tunable degradability as novel 
implantable bioelectrodes 
 - 저자 정보 : 박중건(GIST 연구원, 제1저자), 이상훈(GIST 박사과정), 이민규(GIST 
박사과정), 김형석 교수(전남대학교), 이재영 교수(GIST, 교신저자)
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이재영 교수[교신저자] 이력사항
1. 인적사항                                          
 ○ 소 속 : GIST 신소재공학과                   
 ○ 전 화 : 062-715-2718
 ○ e-mail : jayounglee@gist.ac.kr
2. 학력
 ○ 1997 : B.S, Department of Chemical 
Technology, Seoul National University, 
Seoul, Korea
 ○ 1999 : M.S, Department of Chemical Technology, Seoul National 
University, Seoul, Korea
 ○ 2010 : Ph.D, Department of Chemical Engineering, The University 
of Texas at Austin, TX, USA
3. 경력사항 
 ○ 1999 - 2005 : Research Scientist (assistant manager), LG Life 
Sciences Ltd, Daejeon, Korea 
 ○ 2010 - 2012 : Postdoctoral research fellow, Department of 
Bioengineering, University of California Berkeley, CA, USA
 ○ 2012 – 현재 : Professor, School of Materials Science and Engineering,  
GIST, Korea
4. 전문 분야 정보
  줄기세포 전달 기능성 수화젤
 ○ 조직공학용 다기능성 생체재료
 ○ 생체전극 재료 
 ○ 3D 프린팅 소재 
5연구지원정보  
 ○ 한국연구재단 (기초연구실사업, 나노 및 소재 기술개발사업)
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박중건 연구원[제1저자] 이력사항
1. 인적사항                                          
 ○ 소 속 : GIST 신소재공학부                      
 ○ 전 화 : 062-715-2718
 ○ e-mail : pierrdt@gmail.com
2. 학력
 ○ 2017 : B.S, Life science Concentration, GIST
 ○ 2023 : Ph.D, School of Materials Science and Engineering
3. 전문 분야 정보
 ○ 그래핀 기반의 전도성 수화젤과 의공학적 응용 연구
5연구지원정보  
 ○ 한국연구재단 (기초연구실사업, 나노 및 소재 기술개발사업)