약물 방출 콘택트렌즈는 안과 질환 치료를 위한 새로운 치료 시스템으로 부상하고 있다. 그러나 렌즈 착용 중 발생하는 약물의 버스트(burst) 방출과, 포장 과정에서의 조기 약물 누출로 인해 적용이 제한되며, 그 결과 방출 지속시간이나 용량을 정밀하게 제어하기가 어렵다. 본 연구에서는 pH에 민감한 콘택트렌즈를 소개하고자 하며, 이는 렌즈 착용 중에만 요구되는(on-demand) 약물 방출을 나타내고 포장 및 운송 중에는 약물 누출이 미미한 특성을 보인다. 이러한 성능은 약물 적재 메조다공성 실리카 나노입자(MSNs)에 pH-민감성 폴리머를 코팅한 후 이를 콘택트렌즈에 통합함으로써 구현된다. 조성 최적화된 pH-민감성 폴리머는 pH 7.4에서 >45 °C의 하한 임계 용액 온도(LCST)를 가지는 반면, 산성 조건(pH ∼ 6.5)에서는 LCST가 <35 °C로 감소한다. 그 결과 MSN이 포함된 콘택트렌즈는 35 °C에서 산성 상태에만 적재된 약물을 지속적으로 방출하며, 이는 렌즈 착용 조건에 해당한다. 이러한 방출은 폴리머 사슬의 수축에 의해 개방되는 MSN 기공을 통해 일어난다. 반대로, 포장 및 운송에 해당하는 저온 또는 중성 pH 조건에서는 콘택트렌즈로부터 약물 누출이 미미하게 관찰된다. 또한, 단순 콘택트렌즈와 비교하여 pH-민감성 콘택트렌즈는 광학 특성(가시광 영역에서의 투과율), 기계적 특성(탄성률 및 인장강도), 물리적 특성(표면 거칠기, 산소 투과도 및 수분 함량) 등 체적(bulk) 특성이 변하지 않으면서 우수한 생체적합성을 보인다. 이러한 결과는 pH-민감성 콘택트렌즈가 안과 질환 치료에 잠재적으로 적용될 수 있음을 시사한다.

약물 방출 콘택트렌즈는 안과 질환 치료를 위한 새로운 치료 시스템으로 부상하고 있다. 그러나 렌즈 착용 중 발생하는 약물의 버스트(burst) 방출과, 포장 과정에서의 조기 약물 누출로 인해 적용이 제한되며, 그 결과 방출 지속시간이나 용량을 정밀하게 제어하기가 어렵다. 본 연구에서는 pH에 민감한 콘택트렌즈를 소개하고자 하며, 이는 렌즈 착용 중에만 요구되는(on-demand) 약물 방출을 나타내고 포장 및 운송 중에는 약물 누출이 미미한 특성을 보인다. 이러한 성능은 약물 적재 메조다공성 실리카 나노입자(MSNs)에 pH-민감성 폴리머를 코팅한 후 이를 콘택트렌즈에 통합함으로써 구현된다. 조성 최적화된 pH-민감성 폴리머는 pH 7.4에서 >45 °C의 하한 임계 용액 온도(LCST)를 가지는 반면, 산성 조건(pH ∼ 6.5)에서는 LCST가 <35 °C로 감소한다. 그 결과 MSN이 포함된 콘택트렌즈는 35 °C에서 산성 상태에만 적재된 약물을 지속적으로 방출하며, 이는 렌즈 착용 조건에 해당한다. 이러한 방출은 폴리머 사슬의 수축에 의해 개방되는 MSN 기공을 통해 일어난다. 반대로, 포장 및 운송에 해당하는 저온 또는 중성 pH 조건에서는 콘택트렌즈로부터 약물 누출이 미미하게 관찰된다. 또한, 단순 콘택트렌즈와 비교하여 pH-민감성 콘택트렌즈는 광학 특성(가시광 영역에서의 투과율), 기계적 특성(탄성률 및 인장강도), 물리적 특성(표면 거칠기, 산소 투과도 및 수분 함량) 등 체적(bulk) 특성이 변하지 않으면서 우수한 생체적합성을 보인다. 이러한 결과는 pH-민감성 콘택트렌즈가 안과 질환 치료에 잠재적으로 적용될 수 있음을 시사한다.

나노섬유 기반 전자소자는 복잡한 표면에 대한 순응적(콘포멀) 통합, 유연성, 땀 투과성 때문에 상당한 관심을 받아왔다. 그러나 나노메시(nanomesh) 구조 위에 복잡한 전자기기를 구현하는 일은 그들의 열악한 기계적 특성과 가공성(processability)으로 인해 성공적이지 못했으며, 이는 실제 응용을 제한한다. 시스템 수준의 소자 응용을 달성하기 위해 유기 박막 트랜지스터(organic field-effect transistor)는 다양한 센서와 통합되는 핵심 구성요소 중 하나이다. 본 연구에서는 만곡된 피부와 순응적으로 접촉할 수 있는 생체적합성, 초박막(≈1.5 µm), 경량(1.85 g m –2 ), 그리고 기계적으로 내구성 있는 전(全) 나노섬유 기반 유기 트랜지스터를 제작하기 위한 성공적인 방법을 보고한다. 또한, 기판 없이 제작된 나노메시 유기 전계효과 트랜지스터(substrate-less nanomesh organic field effect transistor)의 최초 개발이다. 이들 소자는 on/off 값 3.02 × 10 4 ± 0.9 × 10 4 , 포화 이동도(saturation mobility) 0.05 ± 0.02 cm 2 V − 1 s − 1 , 문턱 이하 기울기(subthreshold slope) 1.7 ± 0.2 V dec –1 , 문턱전압(threshold voltage) −6 ± 0.5 V를 포함하여 만족스러운 전기적 성능을 보인다. 균열(crack) 초기화의 메커니즘은 시뮬레이션을 통해 분석하여 나노메시 트랜지스터의 변형을 이해하고자 하였다. 더 나아가, 나노메시 전역에 활성 매트릭스(active matrix)로 통합된 촉각 센서를 전부 성공적으로 시연하였으며, 이는 생의학 전자공학 분야에서의 적용 가능성을 시사한다.

연구논문 〈Flexible Dielectric Capacitors〉(10.1002/adfm.202513315)에서 Jong Wook Roh, Yuho Min 및 동료 연구진은 용융염 합성으로 제조한 Ca 도핑 (K,Na,Li)NbO3 단결정 이완형(릴랙서) 강유전체 마이크로큐브를 제시한다. Ca 도입은 결함을 억제하고 대칭성을 조절하여, 높은 회복 가능한 에너지 밀도, 빠른 방전, 그리고 우수한 열적/기계적 내구성을 제공하는 유연한 유전체 커패시터를 가능하게 한다.

단결정 이완형(릴랙서) 강유전체(relaxor ferroelectrics, RFEs)는 높은 분극, 슬림한 히스테리시스, 우수한 항복파괴 강도를 제공하여 첨단 유전체 에너지 저장에 이상적이다. 그러나 납-무함유 단결정을 대량으로 합성하는 일은 여전히 어렵다. 본 연구에서는 용융염(molten-salt) 전략을 이용하여 Ca를 도핑한 Ca‐doped (K 0.432 Na 0.528 Li 0.04 ) 1‐x Ca 4x/3 Nb 1‐x/3 O 3 (KNLN‐xCa, x = 0, 0.01, 및 0.03) 단결정 마이크로큐브를 합성하고, 결정 대칭성과 결함 농도를 조절할 수 있음을 제시한다. KNLN‐0.01Ca 단결정은 100 kV cm −1 에서 회복 가능한 에너지 밀도 2.66 J cm −3 및 효율 78.7%를 갖는 이완형 거동을 나타낸다. 반면에 도자(세라믹) 상응물은 고전적 강유전 특성을 보이며, 이는 결정화 경로의 핵심적 역할을 강조한다. 배향 부착(oriented attachment) 동안 전위(dislocation) 구동에 의한 나노도메인 형성이 화학적 무질서와 무관하게 이완형 거동을 유도하는 주된 메커니즘으로 규명된다. KNLN‐0.01Ca 마이크로큐브를 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 매트릭스에 통합하면, 항복파괴 강도 350 kV cm −1 , 회복 가능한 에너지 밀도 5.76 J cm −3 , 효율 88%를 갖는 유연 복합 커패시터가 제작된다. 펄스 방전(pulsed discharge) 조건에서, 해당 장치는 빠른 방전 시간(≈20 ns)과 높은 전력 밀도(70 MW cm −3 )를 바탕으로 1.4 J cm −3 의 방전 에너지 밀도를 제공한다. 이러한 결과는 결정학적으로 설계된 결함-조절(defect-modulated), 공정-확장 가능한 경로를 통해 차세대 유연 에너지 저장 소자용 고성능 납-무함유 RFEs를 구현할 수 있음을 보여준다.

화학요법 약물에 대한 국소 자극-반응성 전달 시스템은 더 높은 선택성을 제공함으로써 치료 성과를 혁신하고, 전신 부작용을 감소시키며 환자에게 더 큰 이점을 부여할 잠재력을 지닌다. 본 연구에서는 전기방사를 통해 에틸셀룰로오스(EC) 나노섬유를 제조하고, 각각 친수성 화학요법 약물 및 모델 약물로서 독소루비신 HCl(DOX)과 로다민 B(RhB)를 캡슐화하였으며, 생체적합성 상변화 물질(PCM)로 라우르산(LA)을 사용하였다. 시험관 내 방출 프로파일은 뚜렷한 온도 의존적 방출 양상을 나타냈다. 즉, 96시간 후 37 °C에 비해 pH 7.4에서 40 °C로 설정했을 때 DOX의 방출이 주목할 만하게 27 % 증가하였다. 또한 DOX의 방출 메커니즘은 pH 민감성을 강하게 보여주었는데, 온도를 37 °C에서 40 °C로 증가시켰을 때 pH 4에서 96시간 후 방출이 41 % 증가한 것으로 확인되었으며, 동시에 버스트 방출이 현저히 감소하였다. 더 나아가 세포독성 분석은 DOX가 내포된 나노섬유의 지속적인 효능을 시사하였고, 이는 이들의 치료 잠재력을 강조한다. DSC, XRD, FTIR과 같은 고급 분석 기법을 통해 약물의 무정질 상태와 PCM의 조화로운 통합이 확인되었다. 본 EC 약물 전달 시스템(DDS)은 표적화된 자극-반응성 DOX 방출 가능성을 보여주었으며, 특히 수술 후 종양 재발을 예방하기 위한 상황에서 기존의 투여 방식을 혁신할 수 있을 것으로 기대된다. 생체적합성 상변화 물질인 라우르산이 통합된 에틸셀룰로오스 나노섬유는 DOX의 온도-반응성과 pH-민감성 방출을 가능하게 한다.