이 연구 주제는 살아있는 개별 세포를 세포친화적인 나노껍질로 감싸는 단일세포 나노피포화 기술과, 이를 통해 자연계 포자의 보호 전략을 모사한 인공포자 구조를 구현하는 데 초점을 둔다. 연구실은 효모, 미생물, 포유류 세포 등 다양한 생체 대상을 대상으로 매우 얇고 견고한 껍질을 형성하면서도 세포 생존성과 본래 기능을 유지하는 화학적 방법론을 발전시켜 왔다. 이러한 접근은 단순한 코팅을 넘어 세포 표면을 기능적으로 재설계하는 세포 표면 공학의 핵심 플랫폼으로 작동한다. 구체적으로는 키토산, 고분자, 무기물, 금속-폴리페놀 복합체, 미네랄 나노소재 등 다양한 재료를 활용해 세포 외부에 보호성·선택투과성·분해가능성을 갖는 쉘을 형성한다. 연구실의 논문과 프로젝트에서는 세포를 외부 스트레스, 독성 물질, 열, 산화 환경으로부터 보호하는 수동형 쉘을 넘어, 세포 대사와 상호작용하거나 세포 활동을 조절하는 능동형 쉘로 연구가 확장되고 있음을 보여준다. 특히 artificial cell-in-shell spores 개념은 생물학적으로는 없는 외인성 형질을 화학적으로 부여하는 점에서 매우 독창적이다. 이 기술은 합성생물학, 바이오의약, 세포치료, 바이오촉매, 농업 미생물 보호 및 전달체 개발 등 폭넓은 응용 가능성을 갖는다. 향후에는 세포 종류별 맞춤형 나노껍질 설계, 세포 내·세포 주변 미세환경의 정밀 제어, 생체 내 전달 및 회수 가능 시스템으로 발전할 수 있다. 즉, 이 연구는 화학을 통해 살아있는 세포의 경계면을 새롭게 정의하고, 세포를 하나의 프로그래밍 가능한 기능 단위로 재구성하는 데 중요한 기반을 제공한다.

연구실의 또 다른 핵심 축은 분자 수준의 구조 변화와 표면 반응을 이용해 거시적 계면 특성을 제어하는 표면화학 연구이다. 대표적으로 전기적 자극에 따라 젖음성이 가역적으로 바뀌는 표면, 생체분자와 세포가 선택적으로 상호작용하는 기능성 표면, 그리고 미세가공 및 박막 기술과 결합된 계면 설계가 주요 관심사이다. 이는 물리유기화학적 원리를 바탕으로 분자의 배향, 결합, 입체구조 변화가 실제 표면 성질로 증폭되는 메커니즘을 탐구하는 연구라 할 수 있다. 이러한 연구에서는 자기조립 단분자막, 반응성 층상조립, 폴리도파민 박막, DNA 다층막, 자극응답성 고분자막, 미세패터닝 기법 등이 폭넓게 활용된다. 연구실의 초기 대표 성과인 reversibly switching surface는 단층 분자의 구조전이가 표면 젖음성 변화로 이어질 수 있음을 보여주었고, 이후 바이오MEMS, 바이오분자 검출, 뉴런 배양 표면, 세포 패터닝, 항오염 멤브레인 등으로 응용이 확장되었다. 즉, 이 연구는 단지 소재 표면을 코팅하는 수준이 아니라, 표면에서 일어나는 화학 반응과 물리적 상호작용을 정밀 제어하여 기능을 설계하는 데 목적이 있다. 이 분야의 의의는 화학, 재료, 생명, 의료기술을 잇는 인터페이스 플랫폼을 제공한다는 점에 있다. 조절 가능한 표면은 센서, 의료기기, 조직공학, 항균 코팅, 스마트 멤브레인, 세포 배양 기판 등 다양한 분야로 이어질 수 있으며, 표면 그 자체가 능동적 기능을 수행하는 방향으로 진화하고 있다. 따라서 연구실의 표면화학 연구는 나노화학과 생체계면공학을 연결하는 기반 기술로서 높은 학문적·산업적 가치를 가진다.

최근 연구실은 세포를 보호하는 데 그치지 않고, 세포 외부 쉘에 촉매 기능을 도입해 살아있는 세포의 능력을 확장하는 방향으로 연구를 심화하고 있다. 이른바 cell-in-catalytic-shell 개념은 개별 세포를 기능성 나노구조체와 결합한 하이브리드 시스템으로, 세포가 원래 갖고 있지 않던 외인성 촉매 능력을 획득하도록 설계된다. 이는 세포 대사와 화학 반응계를 연결해 새로운 생물-화학 통합 시스템을 구현하려는 시도다. 연구실의 성과에서는 Fe3+-BTC 초분자 금속-유기 복합체나 효소 내장형 나노쉘을 이용해 다단계 촉매 반응을 세포 주변에서 유도하고, 반응 중간체를 쉘 내부에 가두어 효율을 높이는 전략이 제시되었다. 이런 방식은 세포를 단순 수동적 수용체가 아니라 화학적 반응장과 결합된 능동적 생체 플랫폼으로 전환시킨다. 특히 프로젝트 정보에서도 세포대사 연계형 다촉매 연쇄반응 시스템과 효소반응 기반 대사 조절 방법론 개발이 강조되어 있어, 연구실이 세포 대사를 화학적으로 제어하는 정밀 플랫폼을 구축하고 있음을 확인할 수 있다. 이 연구는 향후 바이오촉매, 약물 활성화, 세포기반 진단, 환경정화, 맞춤형 치료, 합성생물학적 기능 부여 등으로 확장될 수 있다. 세포와 재료 사이의 경계를 허무는 이러한 접근은 살아있는 시스템에 화학적 기능을 덧입혀 생물학적 성능을 향상시키는 새로운 패러다임을 제시한다. 결과적으로 이 연구는 나노화학, 촉매화학, 세포생물학, 생체재료를 융합하여 차세대 기능성 생체하이브리드 소재를 창출하는 데 핵심적인 역할을 한다.