생물학적으로 의미 있는 미세 기계적 힘, 예컨대 세포 견인력(cellular traction forces, CTFs, ∼kPa)의 검출은 암 진단의 발전과 기계생물학(mechanobiology)에 대한 이해를 위해 필수적이다. 그러나 기존의 메카노크로믹(mechanochromic) 분자들은 형광 변화에 요구되는 높은 메카노크로믹 역치 응력(∼GPa)을 필요로 하므로, 생의학적 적용에서의 활용이 제한된다. 본 연구에서는 0.5 Pa의 전례 없는 메카노크로믹 역치 응력을 보이는 새로운 계열의 메카노크로믹 분자를 제시한다. 이 메카노크로믹 분자들은 기계적 자극에 의해 명확한 형광 편차를 보이면서, 과냉각 액-결정 전이(supercooled liquid‐to‐crystal transition)를 겪으며, 동시에 점진적으로 조절되는 메카노크로믹 감도를 나타낸다. 극도로 민감한 이 메카노크로믹 장치는 서로 다른 CTF 특성을 지닌 암세포를 효과적으로 구별하고, 그들의 전이성 경향과 상관관계를 보인다. 특히 원발성 종양과 전이 부위로부터 유래한 환자 유래 암세포는 형광 신호의 turn-on 속도에서 각각 18.7%와 73.5%의 서로 다른 대비를 보였으며, 이는 본 플랫폼이 암 진단과 치료 모니터링에 지닐 잠재력을 강조한다. 본 연구는 메카노크로믹 소재 기술에서의 중요한 진전을 나타내며, 다양한 생의학적 적용을 위한 고감도 도구를 제공한다.

생물학적으로 의미 있는 미세 기계적 힘, 예컨대 세포 견인력(cellular traction forces, CTFs, ∼kPa)의 검출은 암 진단의 발전과 기계생물학(mechanobiology)에 대한 이해를 위해 필수적이다. 그러나 기존의 메카노크로믹(mechanochromic) 분자들은 형광 변화에 요구되는 높은 메카노크로믹 역치 응력(∼GPa)을 필요로 하므로, 생의학적 적용에서의 활용이 제한된다. 본 연구에서는 0.5 Pa의 전례 없는 메카노크로믹 역치 응력을 보이는 새로운 계열의 메카노크로믹 분자를 제시한다. 이 메카노크로믹 분자들은 기계적 자극에 의해 명확한 형광 편차를 보이면서, 과냉각 액-결정 전이(supercooled liquid‐to‐crystal transition)를 겪으며, 동시에 점진적으로 조절되는 메카노크로믹 감도를 나타낸다. 극도로 민감한 이 메카노크로믹 장치는 서로 다른 CTF 특성을 지닌 암세포를 효과적으로 구별하고, 그들의 전이성 경향과 상관관계를 보인다. 특히 원발성 종양과 전이 부위로부터 유래한 환자 유래 암세포는 형광 신호의 turn-on 속도에서 각각 18.7%와 73.5%의 서로 다른 대비를 보였으며, 이는 본 플랫폼이 암 진단과 치료 모니터링에 지닐 잠재력을 강조한다. 본 연구는 메카노크로믹 소재 기술에서의 중요한 진전을 나타내며, 다양한 생의학적 적용을 위한 고감도 도구를 제공한다.

셀룰로오스 나노피브릴(CNF) 기반 하이드로겔은 지속가능성, 생체적합성 및 다양한 기계적 특성으로 인해 생의학 분야에 유망하다. 본 총설에서는 CNF 하이드로겔의 최근 동향과 생의학적 응용을 분석한다. CNF 하이드로겔은 물리적 및 화학적 가교를 통해 제조할 수 있다. 물리적 가교는 표면 전하 밀도 제어, pH 조절, 그리고 흐름 기반 공정을 포함하여 안정적인 네트워크를 형성하는 반면, 화학적 가교는 에피클로로하이드린(epichlorohydrin) 및 구연산(citric acid)과 같은 가교제를 사용하여 영구적인 공유 결합을 형성한다. 이러한 접근법은 기계적 강도, 공극률, 자극 반응성 등 하이드로겔 특성을 정밀하게 제어할 수 있게 해준다. CNF 하이드로겔은 약물 전달 시스템과 조직공학 분야에서 특히 유망하다. 약물 전달을 위한 운반체로서 CNF는 개방된 공극 구조와 넓은 표면적에 기인하여 생체이용률 및 약물 탑재 능력을 향상시킨다. 최근에는 자극 반응형(stimuli-responsive) 및 주사 가능(injectable) CNF 하이드로겔의 발전을 통해 제어된 약물 방출과 향상된 표적화 능력이 가능해졌다. 또한 CNF 하이드로겔은 연골 공학 및 상처 치유를 포함하여 세포 성장과 조직 재생을 위한 효과적인 지지체(scaffold)로서 기능한다. CNF 하이드로겔을 3D 바이오프린팅(3D bioprinting) 기술과 통합함으로써 복잡한 조직 구조가 구현되었다. 그러나 독성 평가의 표준화 필요성, 대규모 생산 공정의 최적화, 그리고 약물 전달을 위한 정교한 제어 메커니즘 개발 등 몇 가지 과제는 여전히 남아 있다. 향후 연구는 제조 기술을 발전시키고 장기 안정성을 향상시키며, 규제 적합성(regulatory compliance)을 위한 표준화된 시험 프로토콜을 개발해야 한다.

금속-유기 골격체(metal-organic frameworks, MOFs)는 매우 높은 비표면적을 바탕으로 흡착 응용 분야에서 널리 활용되는 진보된 다공성 재료이다. 본 연구에서는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate, TMPTA)를 도입하여 물 흡착 사이클 안정성을 향상시킨 3D 프린팅 MOF 기반 스캐폴드를 제작하였다. 또한 2-카복시에틸 아크릴레이트(2-carboxyethyl acrylate, CEA)로 리간드 치환한 MOF-801은 3D 프린팅 스캐폴드의 압축 강도를 15% 증가시키는 결과를 보였다. 이러한 향상은 광중합 전환율의 증가와 CEA와 TMPTA 간에 견고한 가교 결합 네트워크가 형성된 데 기인한다. CEA 기능화된 MOF-801 스캐폴드는 우수한 사이클 성능을 보였으며, 10회의 연속 사이클 동안 일관된 물 흡착을 유지하였다. 본 결과는 흡착, 분리 및 촉매 작용에 활용될 CEA 기능화 MOF 아키텍처의 가능성을 보여준다. 동시에 기계적 견고성과 구조적 안정성을 향상시키는 이 접근법은 다양한 실용 응용 분야에 적용 가능한 내구성 높은 고성능 MOF 기반 스캐폴드를 개발하기 위한 유망한 전략을 제공한다.