김장호 연구실은 생체재료와 나노바이오 소재의 개발 및 응용에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실에서는 조직 재생을 위한 다양한 생체적합성 소재, 예를 들어 하이드로젤, 나노입자, 그래핀 및 계란껍질막 기반의 바이오소재 등을 개발하고 있습니다. 이러한 소재들은 세포의 부착, 증식, 분화 등 생체 내 환경을 모사하는 데 최적화되어 있으며, 조직공학 및 재생의학 분야에서 혁신적인 치료법을 제시하고 있습니다. 특히, 나노구조를 갖는 하이드로겔, 그래핀 하이브리드 하이드로겔, 나노입자 기반 전달체 등은 기존 소재의 한계를 극복하고, 조직 재생 및 약물전달 효율을 극대화하는 데 큰 역할을 하고 있습니다. 예를 들어, 계란껍질막을 활용한 나노패턴 스캐폴드, 젤라틴 나노입자, 그래핀-키토산 하이브리드 임플란트 등은 생체적합성과 기계적 강도, 세포 친화성을 동시에 확보하여 다양한 조직 재생에 적용되고 있습니다. 이러한 연구는 실제 임상적용을 위한 전임상 동물실험 및 다양한 조직(뼈, 연골, 힘줄, 피부 등) 재생 모델에서 우수한 성과를 보이고 있으며, 미래의 맞춤형 재생의료 및 바이오소재 산업 발전에 중요한 기여를 하고 있습니다.

연구실은 농업과 식품공학 분야에서 첨단 바이오시스템 융합공학을 적용하여 지속가능한 농업과 스마트 식품 패키징 시스템 개발에 앞장서고 있습니다. 나노기술을 활용한 작물 성장 촉진, 친환경 농약 및 비료 전달 시스템, 식품의 신선도 유지와 저장기간 연장을 위한 스마트 패키징 소재 개발 등이 대표적인 연구 주제입니다. 예를 들어, 젤라틴 나노입자를 이용한 농약 및 비료의 효율적 전달, 그래핀 산화물을 활용한 식물 성장 촉진, 생분해성 나노다공성 필름을 이용한 과일 및 채소의 저장성 향상 등은 농업 생산성 증대와 환경 친화적 농업 실현에 기여하고 있습니다. 또한, 미세/나노구조를 갖는 식물 뿌리 모사 모델, 마이크로니들 기반 농약 전달 및 식물 건강 모니터링 기술 등은 미래 농업의 혁신을 이끌고 있습니다. 이러한 융합 연구는 농업과 생명공학, 재료공학, 기계공학의 경계를 허물며, 차세대 스마트 농업, 식품 안전, 환경 보전 등 다양한 사회적 요구에 부응하는 기술적 해법을 제시하고 있습니다.

본 연구실은 줄기세포 기반 조직재생 공학 분야에서 세계적인 연구를 수행하고 있습니다. 3차원 줄기세포 스페로이드 및 오가노이드 배양, 맞춤형 바이오프린팅, 나노구조 기반 스캐폴드 설계 등 다양한 공학적 접근을 통해 손상된 조직(연골, 힘줄, 뼈, 혈관 등)의 재생을 목표로 하고 있습니다. 특히, 나노패턴 및 멀티스케일 구조를 갖는 스캐폴드는 줄기세포의 부착, 증식, 분화, 이동을 정밀하게 조절할 수 있어, 기존 치료법의 한계를 극복하는 혁신적인 조직재생 플랫폼으로 주목받고 있습니다. 또한, 이식형 줄기세포 나노브릿지, 맞춤형 배양된 혈관 및 연골 조직, 고도화된 오가노이드 제작 등은 실제 임상 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 줄기세포 치료제의 대량생산, 고효율 조직재생, 환자 맞춤형 재생의료 실현에 중요한 기반을 제공하며, 미래 바이오헬스 산업의 핵심 기술로 자리잡고 있습니다.