이 연구실은 셀룰로오스 나노섬유, 펄프, 박테리아 셀룰로오스 등 자연 유래 고분자를 활용하여 생체적합성과 가공성을 동시에 갖춘 차세대 바이오소재를 개발하는 데 주력하고 있다. 특히 종이·목질계 바이오매스와 같은 지속가능한 자원을 기능성 소재로 전환하여 조직공학, 바이오프린팅, 의료용 접착체, 세포배양 지지체 등 다양한 응용 분야로 확장하는 연구가 두드러진다. 이는 단순한 친환경 소재 개발을 넘어, 실제 생체 환경에서 요구되는 기계적 안정성, 수분 유지 능력, 표면 상호작용 제어를 동시에 만족하는 정밀 소재 설계로 이어진다. 구체적으로는 셀룰로오스 나노섬유 하이드로겔의 유변학적 특성을 조절하여 3D 프린팅 적합성을 높이고, 효소 전달이나 표면 개질을 통해 생체분해성과 조직 접착성을 맞춤형으로 조절하는 접근을 수행한다. 관련 프로젝트에서는 펄프 소재의 분해 속도를 제어해 체외 세포배양용 기질과 체내 이식용 조직공학 스캐폴드로 활용하려는 목표가 제시되어 있으며, 학회 발표에서도 고흡수성·고강도 하이드로겔, 셀룰로오스 시트 보강 구조, 에어로겔 제조 등으로 연구 범위가 확장되고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 연구는 천연 고분자의 한계를 극복하면서도 생체친화성을 유지하려는 재료공학적 설계가 핵심이다. 이와 같은 바이오소재 연구는 의료·식품·환경 분야를 연결하는 플랫폼 기술로서 의미가 크다. 조직 재생용 지지체, 습윤 조직 접착 필름, 대체육용 구조화 소재, 기능성 바이오잉크 등으로 이어질 수 있어 산업적 파급력도 높다. 앞으로는 천연소재 기반의 미세구조 제어, 다중재료 복합화, 생체신호 반응성 부여를 통해 보다 정교한 바이오소재 시스템으로 발전할 가능성이 크며, 지속가능성과 고기능성을 동시에 만족하는 차세대 바이오소재 연구의 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.

이 연구실의 핵심 축 중 하나는 복잡한 생체 구조를 구현하기 위한 3차원 바이오프린팅 및 적층제조 기술이다. 연구실은 고해상도 프린팅, 다중재료 프린팅, 확산 기반 경화, 지지욕 임베디드 프린팅 등 다양한 제조 전략을 바탕으로, 실제 생체조직과 유사한 형상과 기능을 구현할 수 있는 프린팅 플랫폼을 구축하고 있다. 단순히 원하는 모양을 찍어내는 수준을 넘어, 세포 생존율, 유체 흐름, 기계적 안정성, 내부 채널 형성 등 생체모사 구조 구현에 필요한 여러 조건을 동시에 만족시키는 것이 특징이다. 대표적으로 GUIDE-3DP 연구에서는 하이드로겔 내부에 희생잉크를 프린팅한 후 계면 확산을 활용해 정밀한 관상 구조를 형성함으로써, 서로 연결된 분지형 유로와 다양한 직경의 채널을 구현하였다. 또한 특허로 제시된 가시광선 경화형 바이오잉크 조성물은 DLP 기반의 고해상도 3D 프린팅에 적합하도록 설계되어, 속이 빈 구조체나 세포 함유 구조체 제작에 활용 가능하다. 최근 학술발표에서는 고점도 젤라틴 광경화 비드, 은-셀룰로오스 아세테이트 잉크 기반 도전성 회로, 다중노즐 DIW 시스템을 활용한 배양육 프린팅까지 다루고 있어, 바이오제조 기술이 매우 폭넓게 확장되고 있음을 보여준다. 이러한 정밀 바이오제조 기술은 재생의학, 바이오칩, 인공조직, 식품소재 제조, 웨어러블·유연소자 제작 등으로 응용될 수 있다. 특히 구조적 정밀성과 재료 다양성을 동시에 확보하는 플랫폼은 실제 산업화와 임상 번역에 매우 중요하다. 향후에는 프린팅 공정의 자동화, 실시간 공정 제어, 세포·재료·기능 통합 설계를 통해 더욱 복잡하고 고기능적인 생체모사 구조 제작으로 발전할 가능성이 크다.

이 연구실은 오가노이드와 생체재료를 결합하여 복잡한 조직 구조를 인공적으로 재구성하는 조직공학 연구에도 강점을 보인다. 특히 단일 오가노이드를 단순 배양하는 수준을 넘어, 공간적으로 정렬되고 기능적으로 상호작용하는 assembloid를 제작함으로써 발생 과정과 질환 미세환경을 더 정밀하게 모사하려는 방향이 뚜렷하다. 이는 줄기세포 유래 조직 모델의 재현성과 확장성을 높이고, 질병 모델링과 신약평가의 정확도를 향상시키는 데 중요한 접근이다. Nature Communications 논문에서 제안한 SPOT 플랫폼은 자성 나노입자를 포함한 하이드로겔과 자화된 3D 프린터를 이용해 오가노이드를 선택적으로 들어 올리고 이동·배치하는 기술이다. 이를 통해 사람 유래 신경 오가노이드와 환자 유래 교모세포종 오가노이드를 정밀하게 배열한 assembloid를 제작하여, 발달 과정과 질병 병인을 반영하는 복합 조직 모델의 가능성을 제시하였다. 또한 Nature Biomedical Engineering 논문에서는 생체적합성 고분자를 활용해 인간 대뇌 피질 오가노이드를 대량 생산하는 기술을 제시함으로써, 오가노이드 생산의 균질성과 확장성 문제 해결에도 기여하고 있다. 이 연구는 향후 재생의학, 뇌질환 모델링, 암 미세환경 재현, 약물 스크리닝 플랫폼 구축 등에서 큰 파급효과를 낼 수 있다. 오가노이드의 배열과 결합 방식을 정밀 제어할 수 있게 되면, 기존 2차원 세포배양이나 단순한 3차원 구형 구조보다 훨씬 실제 조직에 가까운 모델을 구현할 수 있다. 따라서 이 연구실의 오가노이드 기반 바이오제조 연구는 생명공학과 재료공학, 바이오프린팅이 융합된 차세대 조직공학 플랫폼으로 평가할 수 있다.