김병훈 연구실의 핵심 축은 플라즈마를 이용해 금속 및 고분자 생체재료의 표면을 정밀하게 개질하는 기술이다. 연구실 데이터 전반에서 박막증착, 화학증착, 플라즈마 중합, 대기압·저온 플라즈마, 유전체장벽방전(DBD)과 같은 키워드가 반복적으로 등장하며, 이는 연구실이 벌크 특성은 유지하면서 표면의 젖음성, 화학기능기, 거칠기, 에너지 상태를 조절하는 데 강점을 갖고 있음을 보여준다. 특히 티타늄, 마그네슘, PCL, PLGA, PTFE, 콘택트렌즈 소재 등 다양한 기판에 대해 목적 맞춤형 표면 설계를 수행하는 점이 특징이다. 이 연구에서는 아민, 카복실, 하이드록실, 아크릴산 기반 기능성 박막 형성, 산소·질소 플라즈마 처리, 플라즈마 에칭 및 플라즈마 중합을 통해 세포 접착, 초기 증식, 단백질 고정화, 약물 담지, 친수성 향상 등을 유도한다. 학회 발표와 특허를 보면 티타늄 임플란트 표면의 아민 박막 증착, 플라즈마 중합 박막에 의한 RGD peptide 및 히알루론산 고정화, 기능성 고분자 소재의 항혈전성 향상, 콘택트렌즈 표면의 생체적합성 및 해상도 개선 등으로 연구가 확장되고 있다. 즉, 단순한 표면 처리에 머무르지 않고 표면 화학과 생물학적 반응의 연계를 규명하는 응용 지향형 연구가 수행된다. 이러한 표면개질 연구는 치과 임플란트, 생체이식용 고분자, 안면 이식용 스캐폴드, 의료용 렌즈와 같은 실제 의료기기의 성능 개선으로 이어진다. 표면 노화로 인해 저하되는 친수성이나 세포 반응성을 회복시키고, 필요한 경우 약물전달 또는 생체분자 결합 플랫폼으로 활용할 수 있어 임상적 파급력이 크다. 앞으로도 이 연구는 플라즈마 공정의 재현성, 대량생산 적합성, 장기 안정성 평가를 강화하면서 맞춤형 의료소재 제조기술로 발전할 가능성이 높다.

연구실은 치과재료와 구강 조직 재생 분야에서 임플란트 표면과 3차원 스캐폴드의 생물학적 성능을 높이는 연구를 지속적으로 수행해 왔다. 다수의 학술발표에서 티타늄 합금, 양극산화 표면, 수산화인회석 코팅, 나노구조 표면, PCL 및 PLGA 기반 3차원 지지체가 주요 대상으로 나타나며, 최근에는 구강연조직 질환극복 융복합 연구센터 사업을 통해 연조직 치유 및 재생의 분자생물학적 기전까지 탐구 범위가 넓어졌다. 이는 재료공학과 치의학을 연결하는 대표적인 융합연구라 할 수 있다. 구체적으로는 티타늄 임플란트의 초기 골융합과 세포 부착을 높이기 위한 표면 친수화, 아민 기능화, 생체활성 분자 고정화, 하이드록시아파타이트 형성 유도 등이 수행된다. 또한 3D 프린팅 또는 압출 방식으로 제조한 PCL, HDPE, 복합 세라믹 스캐폴드에 플라즈마 처리와 생체분자 결합 기술을 적용하여 조골세포 반응, 줄기세포 분화, 치은섬유모세포 거동, 점막 재생 효과를 평가한다. 특허에 제시된 안면 이식용 다공성 스캐폴드와 임플란트 캡슐레이션 장치는 이러한 연구가 실제 제품화 단계와 밀접하게 이어지고 있음을 보여준다. 최근 연구 흐름은 경조직 중심의 골재생을 넘어 구강연조직 재생과 염증 조절로 확대되고 있다. 치은세포, 구강상피세포, 섬유모세포를 대상으로 표면 물성 변화가 세포 반응에 미치는 영향과 당뇨·노화 환경에서의 치유 메커니즘 차이를 분석함으로써, 임플란트 주위염이나 만성 구강연조직 질환의 치료 전략 개발에 기여하고 있다. 결과적으로 이 연구는 치과 임플란트의 성공률 향상, 재생치료의 정밀화, 환자 맞춤형 구강 바이오소재 개발에 중요한 기반을 제공한다.

김병훈 연구실의 연구는 치과 바이오소재에 국한되지 않고, 플라즈마 공정과 나노소재를 활용한 환경정화 및 에너지 응용으로도 확장되어 있다. 대표적으로 탄소 양자점과 그래핀 양자점의 광전기화학 플랫폼 활용에 관한 리뷰 논문, 비소 제거용 전기촉매 개발, 소각재 내 다이옥신류 생물학적 제거 연구 등이 확인된다. 이는 연구실이 표면·계면 제어, 반응성 종 생성, 복합재 설계라는 공통 원리를 바탕으로 환경·에너지 문제에도 접근하고 있음을 의미한다. 세부적으로는 CQDs/GQDs 나노하이브리드의 전자구조와 표면화학을 활용해 광전기화학 성능을 향상시키고, Ti4O7@nanodiamond와 같은 수정된 전극 촉매를 이용해 수중 비소 제거 효율을 높이는 연구가 수행된다. 과거에는 TiO2 박막 광촉매, 액상 플라즈마 기반 나노입자 합성, 유기오염물 분해, 조류 제어, 소각 비산재 독성물질 저감 등 환경공학적 주제도 꾸준히 다뤄졌다. 이러한 성과는 플라즈마와 박막, 나노복합체를 단순 소재 제조기술이 아니라 반응성 플랫폼으로 활용하는 연구실의 관점을 잘 보여준다. 이 연구 방향은 지속가능성 측면에서도 중요하다. 에너지 전환용 광전극, 수처리용 전기촉매, 난분해성 오염물질 저감 기술은 미래 환경기술의 핵심 분야이며, 플라즈마 공정은 저온·표면선택적 처리라는 장점을 가진다. 연구실은 바이오소재 분야에서 축적한 표면 기능화 역량을 환경·에너지 시스템으로 이전함으로써, 차세대 융합 소재 기술의 적용 범위를 넓히고 있다. 앞으로 구조-성능-안정성 상관관계 규명과 스케일업 공정 개발이 더해진다면 실용화 가능성은 더욱 커질 것이다.