2. 연구내용
○ 연구팀은 금 전극 표면에 폴리피롤/헤파린 박막을 전기화학적으로
합성하는 과정에서 전하 밀도를 조절할 경우 박막의 표면 미세 거칠기가
달라지는 점을 이용하여, 전하 밀도를 15 ~ 1200 mC/cm2 로 달리하여
표면 거칠기를 5.5 nm에서 17.6 nm까지 조절한 생체모방형 고성능
생체전극을 제작하였다.
○ 폴리피롤/헤파린을 전극에 코팅함으로써 코팅 이전의 금 전극에 비해
전기화학 임피던스가 12%까지 감소하는 등 전기화학적 성능이 크게
개선되었다. 또한 다양한 표면 거칠기를 가지는 전극 위에서 대식세포를
배양했을 때, 세포에 독성이 없이 100%에 근접한 높은 생활성을 보이는
것을 확인하였다.
○ 그 중에서도, 900 mC/cm2의 전하밀도로 합성하여 14.5 nm의 표면
거칠기를 가지는 PPy/Hep-900(이하 표면미세화 전극)이 대식세포의
염증성 분극을 가장 효과적으로 완화시킬 수 있었다. 금 전극과
비교하여, 표면미세화 전극 위에서는 염증성 사이토카인인
종양괴사인자-알파(TNF-alpha)와 인터류킨-6(IL-6)의 분비량이 각각 54%,
35%로 감소하였으며, 염증성 표현형의 대식세포에서 주로 생산되는
유도성 산화질소 합성효소(iNOS)의 유전자 발현 및 단백질 합성 정도가
크게 감소하였다.
○ 쥐 피하에 전극을 이식하였을 때, 표면미세화 전극에는 전극 표면으로의
세포 모집 정도가 감소하였으며 염증성 대식세포의 세포막 마커인 C-C
케모카인 수용체 7(CCR7)의 발현이 낮게 유지됨을 확인하였다. 또한,
전극을 감싸는 상처조직의 두께가 금 전극과 비교해 39%로 얇아졌다.
○ 신호측정용 전극으로써의 성능을 평가하기 위해, 쥐 피하 이식 후 10일간
실시간 심전도를 기록한 결과, 신호대잡음비(SNR) 평균값이 각각 14.1 dB,
21.3 dB로 감소한 금 전극과 PPy/Hep-15(비교군)에 비해 표면미세화
전극은 38.3 dB로 신호 측정 민감도를 높게 유지하였다. 이를 통해
최적의 표면 거칠기를 가지는 폴리피롤/헤파린 생체전극은 높은 전기적
성능을 가질 뿐 아니라 면역조절 기능이 있어 생체 이식 후에도 장기적
안정성을 나타낼 수 있음을 보여주었다.