(Duke researchers have developed the first gel-based synthetic cartilage with the strength of the real thing. A quarter-sized disc of the material can withstand the weight of a 100-pound kettlebell without tearing or losing its shape. Credit: Feichen Yang.)
연골 (cartilage)는 생명체의 뛰어난 발명품 가운데 하나입니다. 예를 들어 무릎 연골의 경우 얇은 연골이 사람의 체중일 지탱할 뿐 아니라 일생동안 받는 충격에서 보호하고 관절을 자유롭게 움직이게 만듭니다. 그러면서도 스스로 복구하고 회복하는 능력도 뛰어나 심각하게 손상되지 않는 이상 평생 사용이 가능합니다. 소재 기술이 크게 발달했음에도 불구하고 현재까지 사람 무릎 연골을 완벽히 대체할 인공 관절이 존재하지 않는 것도 당연합니다.
듀크 대학의 페이첸 양(Feichen Yang)이 이끄는 연구팀은 실제 무릎 연골과 비슷한 성능을 지닌 하이드로겔을 개발했습니다. 하이드로겔은 연골처럼 부드럽고 말랑말랑한 특성 때문에 오래 전부터 연골 대체제로 주목받았으나 무릎 연골 대체제로 사용하기에는 너무 약하고 내구성이 떨어져 지금까지 상용화되기 않고 있습니다.
듀크 팀이 개발한 하이드로겔은 실제 무릎 연골이 받는 것과 같은 압력과 마찰을 견딜 수 있으며 충격 흡수 능력도 뛰어납니다. 그 비결은 스파게티 면처럼 잘 늘어나는 폴리머와 단단하고 질긴 폴리머 두 가지를 혼합해 높은 충격 흡수 능력을 지니면서도 매우 질긴 특징을 지니고 있기 때문입니다. 연구팀은 이 성질이 10만회의 압박에도 유지되는 것을 확인했습니다.
다만 실제 인공 관절 소재로 사용되기 위해서는 오랜 세월 사람에 사용해도 내구성에 문제가 없다는 것을 먼저 입증해야 합니다. 연구팀은 하이드로겔 자체는 인체에 무해하더고 보고 있으나 이 역시 검증이 필요한 부분입니다. 그래도 관련 소재 기술이 발전하는 만큼 언젠가 진짜 사람 연골에 견줄 수 있는 인공 연골이 나올 것으로 기대합니다.
참고
Feichen Yang et al, A Synthetic Hydrogel Composite with the Mechanical Behavior and Durability of Cartilage, Advanced Functional Materials (2020). DOI: 10.1002/adfm.202003451
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