이 연구실은 생체재료와 하이드로젤을 기반으로, 외부 또는 질환 미세환경의 자극에 따라 물성·전기적 신호·광학적 신호가 변하는 스마트 바이오센서를 개발한다. 특히 활성산소종(ROS), 글루타티온(GSH), pH, 저산소 상태와 같은 생체 내 신호를 선택적으로 인지할 수 있는 고분자 네트워크를 설계하여, 기존 센서가 갖기 어려웠던 생체적합성·유연성·이식 가능성을 동시에 확보하는 데 초점을 둔다. 이러한 연구는 단순한 분석 장치를 넘어, 생체조직과 직접 상호작용하는 차세대 진단 플랫폼으로 확장되고 있다. 핵심 기술로는 폴리머 닷, MnO2, MXene, 탄소계 나노소재, 무기광물화 성분 등을 하이드로젤 내부에 복합화하는 방식이 활용된다. 이를 통해 점도, 접착성, 신율, 압력·변형 응답, 저항 변화, 형광 on/off 등의 다중 신호를 동시에 구현한다. 연구실은 특히 전도성 하이드로젤이 질환 세포 주변 환경에서 구조적으로 재배열되거나 가교가 끊어지는 현상을 이용해, 눈으로 확인 가능한 변화와 무선 전기신호를 함께 제공하는 센서를 설계하고 있다. 이 접근은 전자재료, 고분자화학, 생체재료공학, 센서공학이 융합된 대표적 연구 방향이다. 이러한 센서 기술은 암 진단뿐 아니라 세포 노화, 골관절염, 허혈성 손상, 박테리아 검출 등으로 응용 범위를 넓히고 있다. 향후에는 웨어러블·이식형 디바이스, 스마트폰 기반 모니터링, 현장진단(point-of-care) 시스템과의 결합을 통해 실시간 의료 진단의 정밀도와 접근성을 높일 가능성이 크다. 또한 바이오소재 시험평가센터 구축 사업과 연계해 소재 특성 분석, 효능 평가, 사업화 기반까지 연결되는 점에서 학문적 가치와 산업적 파급력이 모두 큰 연구 주제이다.

이 연구실의 대표적인 연구 축은 암세포 주변의 특이적 미세환경을 인지하는 하이드로젤 기반 진단·치료 플랫폼이다. 암 조직은 정상 조직과 비교해 높은 ROS, GSH, 산성 pH, 비정상적인 점탄성 및 세포 접착 특성을 보이는데, 연구실은 이러한 차이를 이용해 암세포만 선택적으로 반응하는 기능성 하이드로젤을 설계한다. 즉, 질환 부위에서만 물성 변화와 전기·형광 신호를 유도함으로써 암을 구별하고, 동시에 치료 기능까지 수행하는 테라그노시스(theragnosis) 전략을 구축하고 있다. 구체적으로는 광물화된 전도성 하이드로젤, ROS 반응성 MnO2 복합 하이드로젤, GSH 반응성 고분자 점 기반 센서, MXene 기반 전기화학 센서 등이 개발되고 있다. 이들 소재는 암세포 존재 시 점도 저하, 접착성 증가, 신율 변화, 전도도 조절, 형광 회복, 압력·변형 감지 성능 향상 등을 나타내며, 일부 시스템은 스마트폰이나 무선 회로를 통해 실시간 모니터링이 가능하도록 설계되었다. 더 나아가 광열치료 기능을 통합해, 암 인지 후 종양 제거까지 연결되는 복합 치료 시스템으로 발전하고 있다. 이 연구 방향은 단순한 암 표지자 측정을 넘어, 암세포의 미세환경 자체를 진단 신호로 활용한다는 점에서 차별성이 크다. 주사형·이식형 형태로 구현될 수 있어 수술 중 진단, 국소 치료, 재발 모니터링 등 다양한 임상 시나리오로 확장 가능하다. 앞으로는 다양한 암종에 대한 선택성 검증, 생체 내 장기 안정성 향상, 임상 적용을 위한 제조 공정 표준화가 중요해질 것이며, 연구실은 이러한 전주기적 발전 가능성을 갖춘 스마트 암 진단·치료 소재 연구를 지속적으로 수행하고 있다.

연구실은 암 분야를 넘어 골관절염, 세포 노화, 근육 허혈과 같은 퇴행성 질환 및 조직 손상 회복을 위한 스마트 바이오소재 개발에도 주력하고 있다. 이들 질환은 만성 염증, 산화스트레스, 저산소, 대사 이상 등 복합적인 미세환경 변화를 수반하는데, 연구실은 이러한 변화에 선택적으로 반응하는 하이드로젤과 전기화학 센서를 통해 질환 상태를 감지하고 치료 반응을 유도하는 융합형 플랫폼을 제안한다. 이는 재생의학과 정밀진단의 경계를 연결하는 연구라고 볼 수 있다. 골관절염 연구에서는 ROS 유도 세포 노화 감지용 전기화학 하이드로젤, 코엔자임 A 및 콜레스테롤 대사 이상에 반응하는 주사형 하이드로젤이 개발되었다. 이러한 시스템은 질환 환경에서만 상전이나 약물 방출이 일어나도록 설계되어, 진단과 치료를 동시에 수행한다. 근육 허혈 분야에서는 저산소 환경에서 기계적·전기적·광학적 특성이 달라지는 하이드로젤 바이오센서를 이용해 조직 회복 상태를 추적하고 재생을 촉진한다. 이 과정에서 항산화, 염증 완화, 조직 재형성 유도 기능이 복합적으로 작동한다. 이 연구는 미래 의료에서 중요한 맞춤형 재생치료 플랫폼으로 이어질 가능성이 높다. 질환 조직의 상태를 실시간으로 읽어내고, 필요한 경우에만 약물을 방출하거나 치료 기능을 활성화하는 소재는 부작용을 줄이고 치료 효율을 높일 수 있다. 또한 바이오소재 시험평가와 약물전달 기반 인프라 구축 사업과 연결되어 있어, 기초소재 개발부터 성능 검증, 비임상 평가, 사업화까지 이어지는 확장성이 크다. 따라서 이 연구실의 스마트 바이오소재 연구는 재생의학, 약물전달, 질환 모니터링을 통합하는 차세대 의료소재 분야로 평가할 수 있다.