첨단멀티스케일 LAMM
기계공학부 고정혁
첨단멀티스케일 LAMM 연구실은 기계공학부 소속으로, 소성가공 및 멜트 일렉트로스피닝 기반의 첨단 바이오소재 개발과 기계시스템 설계, 미세가공 기술을 융합한 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 폴리카프로락톤(PCL) 등 생분해성 고분자를 활용한 미세섬유 스캐폴드, 신축성 센서, 인공혈관 스텐트 등 다양한 바이오메디컬 응용 소재를 개발하고 있으며, 이를 위해 멜트 일렉트로스피닝, 레이저 가공, 3D 프린팅 등 첨단 제조공정을 적극적으로 도입하고 있습니다.
연구실의 주요 연구 분야는 멜트 일렉트로스피닝 공정의 변수 제어 및 수치해석, 미세섬유 구조의 기계적·생체적 특성 평가, 그리고 실제 세포 및 조직공학적 응용을 위한 스캐폴드 설계입니다. 또한, 컴퓨터 지원 제조(CAM) 소프트웨어 개발, 미세구조 측정 및 품질 관리, 광학 3D 스캐너 성능 향상 등 정밀 제조 및 측정 기술도 함께 연구하고 있습니다. 이러한 기술적 기반 위에서, 맞춤형 의료기기 및 차세대 재생의료 소재 개발을 목표로 하고 있습니다.
특히, 본 연구실은 유도만능줄기세포(iPSC) 및 신경전구세포를 활용한 신경재생 연구, 성장인자 방출 시스템 개발, 인공경막 및 신경재생용 스캐폴드 제작 등 바이오메디컬 분야의 다양한 응용 연구를 수행하고 있습니다. 멀티코어 구조, 코액셜 구조 등 다양한 형태의 미세섬유를 제작하여 조직공학적 특성을 극대화하고, 실제 동물실험 및 임상 적용을 위한 생체적합성 평가도 활발히 이루어지고 있습니다.
연구실은 국내외 다양한 학회 및 컨퍼런스에서 우수한 연구성과를 발표하고, 다수의 수상 경력을 보유하고 있습니다. 또한, 다양한 산학협력 및 국제 공동연구를 통해 실질적인 산업적·임상적 파급효과를 창출하고 있습니다. 이러한 연구실의 노력은 미래형 의료기기 및 바이오소재 산업의 발전에 크게 기여하고 있습니다.
첨단멀티스케일 LAMM 연구실은 앞으로도 기계공학과 바이오메디컬 공학의 융합을 통해, 혁신적인 소재 및 공정기술 개발, 그리고 맞춤형 재생의료 솔루션 제공에 앞장설 것입니다.
소성가공 및 멜트 일렉트로스피닝 기반 바이오소재 개발
소성가공은 금속 및 고분자 재료의 미세구조와 물성을 조절하여 다양한 기능성 소재를 제조하는 핵심 기술입니다. 본 연구실에서는 특히 멜트 일렉트로스피닝(melt electrospinning) 기법을 활용하여 폴리카프로락톤(PCL)과 같은 생분해성 고분자 소재를 미세섬유 형태로 가공하고, 이를 기반으로 조직공학 및 바이오메디컬 응용에 적합한 스캐폴드와 센서를 개발하고 있습니다. 이러한 공정은 용매를 사용하지 않고 고분자 용융체를 직접 방사함으로써 친환경적이며, 섬유의 직경, 형상, 기공률 등 다양한 구조적 특성을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
연구실에서는 멜트 일렉트로스피닝 공정의 주요 변수(노즐 형상, 온도, 전압, 수집판 거리 등)가 미세섬유의 직경과 기계적 특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고, 수치해석 및 수학적 모델링을 통해 최적의 공정 조건을 도출하고 있습니다. 또한, 멀티코어 구조, 코액셜(coaxial) 구조 등 다양한 형태의 미세섬유를 제작하여 조직공학적 특성을 극대화하고, 실제 세포 배양 실험을 통해 생체적합성과 기능성을 검증합니다.
이러한 연구는 조직 재생, 신경 재생, 인공혈관, 바이오센서 등 다양한 바이오메디컬 분야에 적용될 수 있으며, 차세대 맞춤형 의료기기 및 재생의료 소재 개발에 중요한 기여를 하고 있습니다. 특히, 실제 인체 적용을 위한 신축성 센서, 인공 신경 스캐폴드, 혈관 스텐트 등으로의 확장 연구도 활발히 진행되고 있습니다.
기계시스템 설계 및 미세가공 기술
첨단멀티스케일 LAMM 연구실은 기계시스템 설계와 미세가공 기술을 융합하여, 정밀한 의료기기 및 바이오소재의 제조 공정 혁신을 추구하고 있습니다. 특히, 레이저 가공, 미세절삭, 3D 프린팅 등 다양한 첨단 가공기술을 활용하여 복잡한 구조의 미세소재 및 부품을 설계·제작하고, 이들의 성능을 체계적으로 평가합니다. 예를 들어, 레이저 가공을 통한 미세구조 형성, 컴퓨터 지원 제조(CAM) 소프트웨어 개발, 광학 3D 스캐너의 성능 향상 등 다양한 연구가 이루어지고 있습니다.
연구실에서는 미세가공 공정의 자동화 및 최적화를 위한 소프트웨어와 하드웨어 솔루션을 개발하고, 실제 의료기기 및 바이오소재의 제조에 적용하고 있습니다. 또한, 미세구멍 측정, 미세구조의 3D 프로파일링, 표면 특성 제어 등 정밀 측정 및 품질 관리 기술도 함께 연구하여, 고신뢰성의 제품 생산을 실현하고 있습니다. 이러한 기술은 의료용 센서, 인공관절, 미세유체소자 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다.
기계시스템 설계와 미세가공 기술의 융합은 기존의 대량생산 중심 제조에서 벗어나, 맞춤형·고기능성 제품 개발을 가능하게 합니다. 본 연구실은 이러한 기술적 혁신을 바탕으로, 미래형 의료기기 및 바이오소재 산업의 발전을 선도하고 있습니다.
바이오메디컬 응용을 위한 조직공학 및 신경재생 연구
본 연구실은 조직공학 및 신경재생 분야에서 혁신적인 바이오소재와 공정기술을 개발하고 있습니다. 특히, 유도만능줄기세포(iPSC) 및 신경전구세포를 활용한 신경분화 연구, 인공경막 및 신경재생용 스캐폴드 개발, 성장인자 방출 시스템 등 다양한 바이오메디컬 응용 연구를 수행하고 있습니다. 멜트 일렉트로스피닝 및 솔루션 일렉트로스피닝을 통해 제작된 미세섬유 스캐폴드는 세포의 부착, 성장, 분화에 최적화된 물리적·화학적 환경을 제공합니다.
연구실에서는 다양한 스캐폴드의 구조적 특성(직경, 정렬도, 기공률 등)이 신경세포의 분화 및 신경돌기 성장에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고, 성장인자(예: 레티노산, GDNF 등) 방출 시스템을 접목하여 세포의 생존율과 기능적 회복을 극대화하고 있습니다. 또한, 실제 동물실험 및 인체 적용을 위한 바이오소재의 생체적합성, 기계적 안정성, 기능적 성능을 다각도로 평가하고 있습니다.
이러한 연구는 척수손상, 신경계 질환, 조직재생 등 다양한 임상적 문제 해결에 기여할 수 있으며, 맞춤형 재생의료 및 차세대 바이오의료기기 개발에 중요한 기반을 제공합니다. 본 연구실은 국내외 다양한 연구기관 및 병원과의 협력을 통해, 실질적인 임상 적용을 목표로 연구를 지속하고 있습니다.
1
Fabricating and controlling PCL electrospun microfibers using filament feeding melt electrospinning technique
Ko, J (Ko, Junghyuk), Ahsani, V (Ahsani, Vahid), Yao, SX (Yao, Selina Xiangxiao, Mohtaram, NK (Mohtaram, Nima K, Lee, PC (Lee, Patrick C.), Jun, MBG (Jun, Martin B. G.)
JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, 201702
2
The effect of nozzle-exit-channel shape on resultant fiber diameter in melt-electrospinning
Esmaeilirad, A (Esmaeilirad, A, Ko, J (Ko, Junghyuk), Rukosuyev, MV (Rukosuyev, Maxy, Lee, JK (Lee, Jason K.), Lee, PC (Lee, Patrick C.), Jun, MBG (Jun, Martin B. G.)
MATERIALS RESEARCH EXPRESS, 201701
3
Biomaterial Strategies for Devivering Stem Cells as a Treatment for Spinal Cord Injury
고정혁
Cells Tissues Organs, 201610
