인체의 조직 및 기관의 기능을 돕는 생체재료의 성능을 획기적으로 개선한 ‘박막(薄膜)’이 세계 최초로 울산대학교 첨단소재공학부 김선규 교수에 의해 개발됐다. ‘박막’ 하면 언뜻 어떤 기기인지 잘 가늠을 할 수 없지만 스텐트(금속망), 심장박동기, 인공관절 등 인체에 삽입되는 생체재료의 인체세포 부착 및 증식 조절이 가능한 기능성 나노복합체라는 설명을 들으면 금방 수긍이 갈 터. 이 나노 박막을 세계 최초로 우리나라에서 개발해 냈다는 사실에 학계에서는 큰 관심과 함께 기쁨을 감추지 못하고 있다.

▲ 인체의 조직 및 기관의 기능을 돕는 생체재료의 성능을 획기적으로 개선한 ‘박막(薄膜)’이 세계 최초로 울산대학교 첨단소재공학부 김선규 교수에 의해 개발됐다.

최근 김선규 교수가 개발한 ‘나노복합박막’은 생체재료가 인체세포로 쉽게 부착될 수 있도록 하거나 반대로 부착되지 않게 하는 기술로서 지금까지 세계 어느 곳에서도 개발된 적이 없었다. 최근까지 인체에 이식되는 생체재료들은 주로 스테인리스강과 티타늄을 사용했는데 체내에서 표면 강도가 저하돼 기능을 상실하는 경우가 많았고 이에 따라 재수술의 실시로 의료비와 환자의 고통이 증대되는 부작용을 낳았다. 특히 심장박동기는 인체의 조직에 붙으면 절단해야 하는 경우가 많았고 티타늄이나 코발트크롬합금강으로 만든 인공관절은 마모로 인하여 생성된 입자로 인하여 2차 질환이 생기는 사례가 있었던 것.

세계적인 학술지 게재 및 특허 출원 ‘나노복합박막’
하지만 김선규 교수가 개발한 나노복합박막은 앞서 언급한 부작용을 모두 해소시킬 전망이다. “인체에 삽입된 생체의료기기는 주변의 체세포와 반응하게 되는데, 인공관절 등 영구 삽입되는 기기는 세포가 많이 부착돼 자라는 것이 좋지만, 배터리가 장착된 심장박동기 등은 주기적으로 교체해야 하기 때문에 생체 재료에 달라붙지 않는 것이 바람직하다”며 나노복합박막의 개발 동기를 밝히는 김선규 교수는 “따라서 나노복합박막을 사용하면 생체재료의 시술이 보다 간편해지면서 안전성과 활용성이 크게 높아진다”고 덧붙여 설명했다. 생체재료를 플라스마(plasma : 고체, 액체, 기체에 이인 4번째 상태인 이온화된 기체)를 이용해 박막의 구성원소를 조절하는 방법이 적용된 나노복합박막은 내마모성(마찰에도 닳지 않고 견디는 성질)과 내식성(부식이나 침식을 견디는 성질)을 크게 향상시켰으며 생체재료 표면에서 세포 부착 및 성장을 촉진하고 감소시키는 데 성공을 거두었다. 또한 의료기기의 인체 삽입 시술이 보다 간편해지고 인체 내에서 의료기기의 안전성과 활용성도 크게 높아질 것으로 보인다. 나노복합박막의 개발은 일단 국내 의학계에서는 크게 환영하는 분위기다. 울산동강병원 정형외과 곽경덕 과장은 “이번 연구는 인공관절 삽입시술 후 발생하는 생체조직인 뼈와의 이완현상 등 문제점을 해결하면서 인체 시술의 새로운 영역을 개척했다는 데 의미가 있다”고 평가했다. 현재 김 교수의 연구 결과는 세계적인 권위를 가진 미국 금속ㆍ재료학회 의 학술지인 'JOM' 2009년 9월호의 ‘생체재료 특집’에 게재될 예정이며 김 교수는 이 나노복합박막을 특허 출원했다.

▲ 최근 김선규 교수가 개발한 ‘나노복합박막’은 생체재료가 인체세포로 쉽게 부착될 수 있도록 하거나 반대로 부착되지 않게 하는 기술로서 지금까지 세계 어느 곳에서도 개발된 적이 없었다.

나노복합박막을 개발하기까지...
울산대학교 첨단소재공학부의 김선규 교수는 1972년 연세대학교 금속공학과를 졸업하고 이후 3년간 해군장교로 복무시 해군공창 금속연구관으로 근무했는데 이곳에서 소형해군 함정 실린더 라이너를 개발해 군 당국으로부터 큰 호평을 받은 바 있다. 제대 와 동시 도미유학하여 미국 사우스다코다 공대에서 금속공학 석사를 취득했고 유타대학교에서는 2년 10개월 만에 금속공학 박사학위를 취득했는데 이는 최단기로 박사학위를 취득한 사례로 남아 있다. 그후 미국 최대의 석유회사인 엑손에 입사하여 연구원으로 근무하던 중 재미과학자 유치 프로그램으로 1983년에 귀국, 기아자동차 중앙기술 연구소에서 수석 연구원으로 재직하였다. 1986년에 울산대학교 첨단소재공학부 교수로 부임하여 표면공학 연구실을 운영하면서 많은 연구업적을 이뤘다. 특히 국제 공동연구를 활발히 진행한 김 교수는 폴란드의 바르샤바 공대, 독일의 브라운슈바이크 공대, 스위스의 에꼴연방공대, 호주의 뉴잉글랜드 대학교, 이스라엘의 텔아비브 대학교와 국제 공동연구를 수행하면서 습식도금, 확산침투공정, 플라스마 질화공정, 마그네트론 스퍼터링 증착공정, 음극아크 증착공정 등에 대한 신공정을 개발하였으며 금속유기화합물을 이용한 플라스마 화학증착법을 개발하는등 다양한 진공 플라스마 증착기술을 이용해 내마모, 내식, 내열 및 기능성 박막을 증착하는 연구를 수행했다. 플라즈마 화학증착법에 관한 연구는 독일의 브라운슈바이크 공대와 공동으로 수행한 연구로서 전 세계에서 큰 호평을 이끌어낸 선구적인 연구로 평가받고 있다. 이미 국제학회에서 많은 논문을 발표한 바 있는 김선규 교수는 미국과 유럽 및 일본의 여러 대학 및 산업체에서 세미나를 하였다. 2001년에 호주에서 열린 Gaseous Electronics 학술대회에서 플라즈마 화학증착법에 대해 주제강연을 하였으며 금년 12월 대만에서 열리는 TACT2009 국제박막 학술발표대회에서 나노복합박막에 관한 초청강연을 할 예정이다. 지난 2002년에는 지역에 뿌리를 둔 전통기술에 첨단기술을 접목한 핵심 기술 분야의 우수연구실을 지정해 육성하는, 당시 과학기술부의 전통기술 첨단화연구실로 지정돼 많은 연구업적을 이룬 바 있다. 다년간의 노력과 연구 끝에 개발한 ‘나노복합박막’은 그간 김 교수의 노력이 결실을 맺은 결과물로서 특히 전 세계 최초 개발되었다는 점에서 큰 의의를 두고 있으며 앞으로 김 교수의 나노복합박막이 전 세계의 많은 환자들을 살릴 수 있는 계기가 될 것으로 전망하고 있다.

국내 언론들도 김선규 교수의 나노복합박막에 대해 ‘세계 최초로 개발된 획기적인 기술’이라며 일제히 보도하고 있다. 앞으로 김선규 교수의 꾸준한 연구가 어떠한 기술을 ‘세계 최초로’ 다시 개발해 낼지 그에 대한 관심도 역시 집중되고 있는 중이다. NM