- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 광경화 과정 없이 조직 재생을 유도하는 3D 바이오 프린팅 잉크 개발 - 인공장기 등 환자 맞춤형 재생 치료기술로 응용 기대 초고령화 사회로의 진입과 더불어 사고로 인한 부상, 만성질환의 증가 등으로 인공장기나 조직과 같은 생체재료 개발이 활발하다. 최근에는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 크게 주목받고 있다. 그런데, 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔의 경우 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 인해 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체 재료 연구단 송수창 박사 연구팀은 광경화 과정 없이 온도 조절 만으로 물리적인 구조를 안정적으로 유지하고, 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생 분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반의 온도 감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 밝혔다. 기존의 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 출력 후 3차원 지지체의 물리적 강도를 강화하기 위해 사용되는 광경화 과정을 반드시 거쳐야 하고, 조직 재생 효과를 증대 시키기 위해 외부 배양 세포를 이식함으로써 인체 내 부작용의 위험성이 컸다. 이에 연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절 만으로 조직 재생이 가능하며 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 되었다. 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장 인자와 상호작용 할 수 있는 분자 구조로 되어 있어 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장 인자를 장기간 보존할 수 있다. 연구팀은 바이오 잉크를 통해 출력된 3차원 지지체 내에 세포의 분화를 자율적으로 조절할 수 있는 환경을 유도함으로써 조직 재생 효과를 극대화할 수 있었다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환 성장 인자 베타 1((Transforming growth factor beta 1, TGF-β1)과 골 형성 단백질(Bone morphogenetic protein-2, BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생되었으며, 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생 분해되는 것을 확인할 수 있었다. KIST 송수창 박사는 “연구팀은 지난 2022년 6월 온도 감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 ㈜넥스젤바이오텍에 기술 이전해 골이식재, 성형필러 등의 제품 개발을 진행하고 있다."며, "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중이며, 최종적으로는 부위 별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원을 받아 KIST 주요 사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지인 'Small'(IF : 15.153, JCR 분야 상위 7.101%) 최신 호에 표지 논문(Inside back cover)으로 게재되었다. [그림 1] 온도에 따른 성장인자를 포함한 바이오 잉크의 물리적인 강도 변화 및 3차원 지지체 프린팅 [사진 1] KIST 연구진이 개발한 온도감응형 하이드로겔 기반의 새로운 바이오잉크(가운데)와 이를 이용하여 3D바이오 프린팅 기술로 제작된 3차원 지지체(좌, 우) [그림 2] 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체를 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생효과 확인 [사진 2] KIST 김준 위촉연구원(제1저자)가 3D 바이오 프린터로 출력한 조직재생용 3차원 지지체를 살펴보고 있다 [사진 3] 이번 기술을 개발한 KIST 연구진.((좌측, 제1저자) KIST 김준 위촉연구원, (우측, 교신저자)KIST 송수창 책임연구원) [그림 3] 표지논문(Inside back cover) 선정 이미지 ○ 논문명: Thermo-Responsive Nanocomposite Bioink with Growth-Factor Holding and its Application to Bone Regeneration ○ 게재일: 2022.12.26. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464 ○ 논문저자 - 김준 위촉연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터) - 정훈기 책임연구원(제1저자/KIST 생체분자인식연구센터)

- 물 속에 존재하는 이온농도 예측 가능한 인공지능 기술 개발 - 국가적 대단위 수질자동측정망 등에 적용가능해 사회적 물 복지 향상에 기여 전 세계 인구의 1/4 이상인 약 22억 명이 안전하게 관리되는 식수를 보장받지 못하고 있으며, 특히 전 세계 인구의 약 절반가량은 1년 중 일정 기간 심각한 물 부족을 경험하고 있다. 이러한 물 부족 현상을 극복하기 위해 하수도 관개사업 및 빗물 재이용, 해수 담수화와 같은 대체 수자원 확보 사업에 막대한 사회경제적 비용이 지출되고 있다. 더욱이 이러한 중앙집중형 물 분배 시스템은 물 수요의 변화를 즉각적으로 반영하기 어렵다는 단점도 있다. 그래서 현재는 축전식탈염법, 배터리전극담수화 등과 같은 기술도입이 간편하며, 전기화학 기반의 기술인 분산형 물 생산 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 다만, 전기화학 기반 기술에 사용되는 기존 수질 측정 센서는 수중 이온들을 개별적으로 측정·추적하지 못하며, 전기전도도로 수질 상태를 대략적으로 유추하는 한계점이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 물자원순환연구단 손문 박사 연구팀은 영남대학교 백상수 교수팀과 공동연구를 통해 데이터 기반의 인공지능 기술을 활용하여 전기화학적 수처리 공정에서 수중 이온농도를 정밀하게 예측하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 먼저 회귀 문제에 활용되는 트리 기반의 머신러닝 기술인 랜덤포레스트(random forest) 모델을 구축한 후 이를 전기화학적 수처리 기술의 이온농도 예측에 활용했다. 개발된 랜덤포레스트 기반 인공지능 모델은 처리수의 전기전도도 및 각 이온의 농도(Na⁺, K⁺, Ca2⁺, 및 Cl⁻)를 정밀하게 예측할 수 있었다(R²=~0.9). 또한, 예측의 정확도를 높이기 위해 약 20~80초마다 업데이트가 필요하다는 것을 알아냈다. 즉, 본 기술을 국가 수질자동측정망 등에 적용해 특정 이온을 추적하기 위해서는 최소 분 단위의 샘플링을 통해 수질을 측정해 초기 모델을 학습시킬 필요가 있음을 의미한다. 본 연구에 사용된 랜덤포레스트 모델은 복잡한 딥러닝 모델보다 학습에 필요한 컴퓨팅 자원을 100배 이상 아낄 수 있기에 경제적으로 우수하다는 장점이 있다. KIST 손문 박사는 “이 연구의 중요성은 단순히 새로운 인공지능 모델을 개발하는 데 그치지 않고, 국가 수질 관리 시스템에도 적용할 수 있다는 점에서 의미가 크다”라고 말하며 “본 기술을 이용한다면 개별이온들의 농도를 보다 정밀하게 추적 관찰해 사회적 물 복지 향상에도 기여할 수 있을 것이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임)의 지원을 받아 KIST 주요 사업과 세종과학펠로우십 사업(2021R1C1C2005643)으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지인 「Water Research」 (IF : 11.4, JCR 분야 0.4%) 최신 호에 게재됐다. [그림 1] 머신러닝(랜덤포레스트) 기술을 이용한 전도도 기반 수중 이온농도 예측 기술 개요도 [그림 2] 랜덤포레스트(Random forest; RF) 머신러닝 기술 적용 방법론