연세대학교(총장 윤동섭) 화공생명공학과 함승주 교수 연구팀이 골드나노입자의 표면 개질과 효소 모방 작용을 동시 적용한 고민감 인플루엔자 A 바이러스 나노센서에 대한 연구를 발표했다.인플루엔자 A바이러스는 2019년부터 최근까지 전세계적 피해를 끼친 코로나 바이러스를 잇는 차세대 팬데믹의 유력 후보로 손꼽히고 있으며, 호흡기로 감염되어 빠르게 전파되는 만큼 조기 진단을 위한 고민감 현장형 센서의 중요성이 강조되고 있다. 이에 인플루엔자 A바이러스를 진단하는 다양한 연구들이 발표되고 있지만, 현장형을 띄는 비색 진단 도구로서 고민감도를 가지는 진단법에 대한 필요성이 여전히 강조되고 있다.연세대 함승주 교수팀이 개발한 해당 진단 시스템은, 금 나노입자에 SH-PEG-biotin을 이용해 개질함으로써, biotin과 강하게 결합하는 단백질인 avidin을 골드입자와 순차적 처리를 진행해 타겟 바이러스 주위에서 layering을 형성하게 한다. 골드입자와 avidin의 순차적인 처리 cycle을 반복함으로써 적은 타겟 바이러스임에도 증폭된 신호를 얻을 수 있다. 더불어 골드나노입자가 가진 효소모방작용을 통해, 기질을 처리했을때, 골드입자가 가진 붉은색의 신호보다 더 증폭된 푸른색 신호를 얻을 수 있다. 따라서 이중으로 증폭된 신호를 얻음으로써 민감도가 높은 나노센서를 구현하였다.연구팀이 개발한 해당 진단법은 3가지의 절차가 진행되는데 먼저 96 플레이트상에 항체를 코팅한 뒤, 타겟 바이러스가 sandwich 형태로 결합하는 pre-amplified step이다. 이때 타겟 바이러스에 결합하는 detection antibody에는 biotin이 결합 되어있다. 두번째로 avidin과 표면개질된 골드입자를 순차적으로 처리해주어 layering을 통한 신호 증폭을 이루는 1st amplification, 골드입자의 효소 모방작용으로 최종 신호 증폭을 이뤄내는 2nd amplification이다. 이러한 연쇄적인 증폭 효과로 101.29 EID50/mL 라는 우수한 LOD (limit of detection)을 얻을 수 있었으며, 이는 상용화된 rapid kit 보다 우수함을 보였다.이번 연구는 과학기술정보통신부에서 주관한 나노 소재 기술개발사업과 환경산업부에서 주관한 실내공기 생물학적 위해인자 관리 기술개발사업의 지원을 받아 함승주 교수 연구팀의 정은지 연구원 (공동 제 1저자), 박근선 연구원(공동 제 1저자), 서울대 수의대 송대섭 교수 (공동 교신저자)와 함께 진행됐으며, 세계적인 과학 분야 권위지 (IF=15.9) ‘Small structures’에 24년 4월 7일(현지시간) 게재되었음과 더불어 연구의 우수성을 인정받아 표지 논문에 선정되었다.A research team led by Professor Seungjoo Haam from the Department of Chemical and Biomolecular Engineering at Yonsei University (President: Dongseop Yoon) has published a study on a highly sensitive influenza A virus nanosensor that applies surface modification of gold nanoparticles and enzyme-mimicking property.Influenza A virus is considered a candidate for the next global pandemic, following the SARS-CoV-2 virus that caused worldwide damage from 2019 to recent years. Given that it is a respiratory infection that spreads rapidly, the importance of high-sensitivity and on-site sensors for early diagnosis has been emphasized. Although various studies on diagnosing influenza A virus have been published, there is still a pressing need for highly sensitive colorimetric diagnostic tools suitable for field use.The diagnostic system developed by Professor Seungjoo Haam's team at Yonsei University involves modifying gold nanoparticles with SH-PEG-biotin, allowing for a strong bond with avidin, a protein with a high affinity for biotin. By sequentially treating the gold nanoparticles with avidin, they create a layering effect around the target virus. By repeating this cycle of sequential treatment with gold nanoparticles and avidin, the system amplifies the signal even when detecting a small amount of the target virus. Additionally, through the enzyme-mimicking property of gold nanoparticles, the system can produce a strong blue signal that is even more amplified than the red signal typically associated with gold nanoparticles when processing a substrate. This dual amplification approach results in a highly sensitive nanosensor with increased sensitivity to detect the influenza A virus.The system involves three key steps. First, they coat a 96-well plate with an antibody, creating a pre-amplification step where the target virus binds in a sandwich configuration. In this step, the detection antibody that binds to the target virus is conjugated with biotin. Next, in the 1st amplification, they achieve signal amplification by sequentially treating with avidin and surface-modified gold nanoparticles, resulting in a layering effect. Finally, in the 2nd amplification, the enzyme-mimicking action of the gold nanoparticles further amplifies the signal. This results in a final, more intense signal. This cascading amplification process leads to an impressive limit of detection (LOD) of 101.29 EID50/mL, demonstrating superior sensitivity compared to commercially available rapid test kits.The research was conducted by Eunji Jeong (co-first author), Geunsun Park (co-first author) of Professor Seungjoo Haam's research team, and Professor Daesup Song from Seoul National University's College of Veterinary Medicine (co-corresponding author) with the support of the the Nano Material Technology Development Program of the Ministry of Science and ICT and the Indoor Air Biological Hazard Management Technology Development Program of the Ministry of Environment.The research was published on April 7, 2024 (local time), in 'Small Structures,' a prestigious scientific journal with an impact factor of 15.9. Additionally, the study was selected as the cover article, further acknowledging its excellence.Small (2024) (IF: 15.9)Published: 07 April 2024https://doi.org/10.1002/sstr.202470014

연세대학교(총장 서승환) 화공생명공학과 함승주 교수 연구팀이 바이러스와 융합이 가능한 플라즈모닉 나노 센서를 개발하고 이를 인플루엔자 A 바이러스 진단에 적용하여 신속 정확한 면역분석법을 발표했다.호흡기를 통해 전파되는 인플루엔자 바이러스는 빠른 전파 속도를 가질 뿐만 아니라 수많은 변종 출현 가능성으로 인해 전 세계적으로 심각한 피해를 일으키는 유해인자로 알려져 있다. 코로나 바이러스 출현 이후로 바이러스 진단 분야에서 민감하고 신속한 센서가 발표 되어 왔으며 이와 더불어 감염력이 있는 활성 및 온전한 바이러스 형태 (virion)을 인식할 수 있는 탐지 도구의 필요성이 강조되고 있다.연세대 함승주 교수팀이 개발한 센싱 플랫폼은, 금 나노입자 (GNP)를 내부에 담지하고 있는 융합성 고분자 소포 (plasmonic vesicle, PV)를 개발하고 이와 더불어 표적 바이러스 특이적 포획을 위한 바이오칩을 적용함으로써, 바이러스와의 융합 및 선택적 결합 반응을 통해 비색 검출이 가능한 면역분석법 (PVFIA)이다.연구팀이 개발한 PVFIA 분석법은 두 가지 순차적 분석이 수행되는데, 먼저 유리 기판에 항체를 코팅한 바이오 칩에 표적 바이러스의 선택적 포획을 선행하고 이어서 플라즈모닉 나노센서를 처리하여 포획된 표적 바이러스에 막융합을 유도하게 되면 내부의 금 나노입자가 유리 기판에서 색상 변화를 일으켜 시각적 검출이 가능하게 된다. PVFIA는 표적 IAV를 검출하는데 탁월한 특이성을 보이며, 융합 조건과 GNP는 상당한 색상 변화를 유도하기 때문에 두 가지 연속 분석을 통합하여 낮은 검출 한계 (100.8 EID50/mL)와 우수한 신뢰도 (0.99)로 기존 면역 분석보다 만 배 더 높은 감도를 확보했다. 나아가 PVFIA를 기반으로 한 비색 검출은 타액이나 비강액에 적용이 가능하여 추후 현장 진단에 유망한 도구로 이용될 수 있다.이번 연구는 환경산업부에서 주관한 실내공기 생물학적 위해인자 관리 기술개발사업 및 과학기술정보통신부에서 주관하는 나노소재기술개발사업의 지원을 받아 함승주 교수 연구팀의 이소정 연구원(공동 제 1저자), 문예솔 연구원(공동 제 1저자), 서울대 수의대 송대섭 교수 (공동 교신저자)와 함께 진행됐으며, 세계적인 과학 분야 권위지 (IF=13.3) ‘Small’에 24년 1월 25일(현지시간) 게재되었음과 더불어 연구의 우수성을 인정받아 표지 논문에 선정되었다.A research team led by Prof. Seungjoo Haam of the Department of Chemical and Biological Engineering at Yonsei University (President Dong-seop Yoon) has developed a plasmonic vesicle-mediated fusogenic immunoassay (PVFIA) for colorimetric detection of influenza A virus.Influenza viruses, transmitted through the respiratory tract, are known to be a serious and damaging agent worldwide, not only their rapid spread but also because of the potential for numerous variants to emerge. Since the emergence of the coronavirus, sensitive and rapid sensors have been announced in the field of virus diagnostics, highlighting the need for detection tools that can recognize active and intact viral forms (virions) that are infectious.The sensing platform developed by the team of Professor Seungjoo Haam at Yonsei University is an immunoassay that enables colorimetric detection through fusion and selective binding reactions with viruses by developing fusible polymeric vesicles (plasmonic vesicles, PVs) containing gold nanoparticles (GNPs) and applying a biochip for targeted virus-specific capture.The PVFIA assay developed by the researchers involves two sequential assays: selective capture of target viruses on a biochip coated with antibodies on a glass substrate, followed by treatment of the plasmonic nanosensor to induce membrane fusion of the captured target viruses, where the internal gold nanoparticles cause a color change on the glass substrate, enabling visual detection. PVFIA shows excellent specificity in detecting target IAVs. Since the fusion conditions and GNPs induce significant color changes, integrating two consecutive assays resulted in a sensitivity ten thousand times higher than that of conventional immunoassays with a low detection limit (100.8 EID50/mL) and excellent reliability (0.99). Furthermore, colorimetric detection based on PVFIA can be applied to saliva or nasal fluids, making it a promising tool for point-of-care diagnostics in the future.This research was conducted by Dr. Sojeong Lee (first co-author) and Yesol Moon (first co-author) along with Prof. Seungjoo Haam’s research team, and Prof. Daesub Song (co-corresponding author) with the support of the Technology Development Project for Biological Hazards Management in Indoor Air Project funded by Korea Ministry of Environment and the Nanomaterial Technology Development Project promoted by the Ministry of Science and ICT. The work was published on January 25, 2024 (local time) in the prestigious journal of ‘Small’ and selected as a frontispiece cover.Small (2024) (IF: 13.3)Published: January 25, 2024https://doi.org/10.1002/smll.202305748

연세대학교(총장 윤동섭) 화공생명공학과 함승주 교수 연구팀이 높은 면역원성을 가지는 자가조립 서브유닛 백신 플랫폼을 개발함으로써 전세계적으로 위협이 되고 있는 감염병에 대한 예방 대책 기술을 제시했다.전염병은 공중 보건에 매우 심각한 영향을 끼칠 수 있으며, 실제로 2019년 말 발생한 COVID-19에 의해 그 심각성이 널리 알려진 바 있다. 따라서 미래에 잠재적으로 유행할 수 있는 전염병 (Disease X)을 예방하기 위한 백신 기술의 개발이 필요하다. 미래 백신 개발에 있어서는 백신 투여 과정에서 발생할 수 있는 다양한 부작용의 최소화와 효율적으로 면역 반응을 유도할 수 있는 높은 면역원성, 낮은 생산 비용 등이 주안점으로 꼽힌다.연세대 함승주 교수팀이 개발한 자가조립 기반 서브유닛 백신 플랫폼은 양친매성 고분자와 접합된 항원으로 구성되어 있다. 양친매성 고분자는 수용성 용매와 유기 용매가 혼재하는 에멀젼 환경에서 자가조립 과정을 통해 입자형태로 구축되며, 유기 용매의 제거를 통해 표면에 항원이 고밀도로 존재하는 백신 입자가 제조된다.함승주 교수팀은 백신 플랫폼의 유효성을 다방면에서 검증하는 데에 성공했다. 면역 세포를 대상으로한 항원 전달능 및 수지상 세포의 활성화능의 개선을 확인하였으며, 동물실험에서 모델 항원 및 인플루엔자 바이러스 항원에 특이적인 항체의 생성량과 다양한 면역인자가 단일 항원 대비 증가하는 것 또한 확인하였다. 마지막으로, 인플루엔자 바이러스를 활용한 감염 실험에서 백신 투여 동물의 높은 생존률과 바이러스 농도 감소, T 세포 활성화를 확인하여 실제 바이러스의 예방에 활용될 수 있는 기술임을 보였다.특히, 이번 연구의 핵심은 자가조립 과정을 통한 표면 항원 밀도 증가 기술 개발에 있다. 기존 서브유닛 백신은 낮은 부작용과 생산 비용을 가지고 있으나, 면역원성 또한 낮은 한계점이 존재하여 이를 보완하기 위한 면역 보조제 (adjuvant)가 반드시 필요했다. 본 연구에서는 자가조립이 가능한 고분자를 활용하여 입자 표면에 고밀도의 항원이 분포하는 백신 입자를 개발하여, 별도의 면역 보조제 없이 서브유닛 백신의 낮은 면역원성을 극복했다.연세대 함승주 교수는 본 연구를 통해 “COVID-19 판데믹 이후 감염병의 예방,치료,진단에 대한 수요가 커지고 있으며, 미지의 감염병 X에 빠르게 대응하기 위한 백신 플랫폼의 개발이 필요한 상황이다. 본 연구를 통해 개발된 백신 플랫폼은 항원의 교체가 용이하여 감염병 확산에 따른 조기 대응에 유리하며 서브유닛 백신의 단점을 극복했다. 또한, 본 연구성과를 통해 입자의 물리적인 특성을 통한 백신 기술 개발 분야에 적용 및 응용될 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 개인기초연구사업 및 신·변종감염병대응플랫폼핵심기술개발사업의 지원으로 함승주 교수 연구팀의 박근선 박사(공동 제1저자)에 의해 진행됐으며, 세계적인 과학 분야 권위지 ‘ACS Nano’에 1월 8일자(현지시간)로 게재 및 전면 표지로 선정되었다.Yonsei University’s (President Dong-seop Yoon) department of chemical and biomolecular engineering Professor Seung-Joo Haam’s research team developed a self-assembled subunit vaccine platform with high immunogenicity, providing a preventive technology against infectious diseases that pose a global threat.Infectious diseases can have a very serious impact on public health, which has been widely recognised by the COVID-19 outbreak in late 2019. Therefore, it is necessary to develop vaccine technologies to prevent potential future epidemics (Disease X). For future vaccine development, minimising various side effects that may occur during vaccine administration, high immunogenicity to efficiently induce an immune response, and low production costs are the main priorities.The self-assembly-based subunit vaccine platform developed by Seung-Joo Ham and colleagues at Yonsei University consists of antigens conjugated to amphiphilic polymers. The amphiphilic polymers are self-assembled into particles in an emulsion environment in which aqueous and organic solvents are mixed, and the removal of the organic solvent produces vaccine particles with a high density of antigen on the surface.Seung-Joo Ham's team has successfully validated the vaccine platform in a number of ways, including improved antigen delivery to immune cells and activation of dendritic cells, as well as increased production of antibodies specific to model antigens and influenza virus antigens in animal studies, as well as increased production of various immune factors compared to a single antigen. Finally, in infection experiments using influenza virus, we confirmed high survival rates, reduced viral concentrations, and T cell activation in vaccinated animals, indicating that the technology can be used to prevent actual viruses.In particular, the key to this research is the development of a technology to increase surface antigen density through a self-assembly process. Existing subunit vaccines have low side effects and low production costs, but they also have limitations in terms of immunogenicity, so an immune adjuvant is needed to compensate for this. This study developed vaccine particles with a high density of antigens distributed on the surface of the particles using self-assembling polymers to overcome the low immunogenicity of subunit vaccines without the need for an immune adjuvant.Professor Seung-Joo Haam of Yonsei University said, ‘After the COVID-19 pandemic, there is a growing demand for prevention, treatment, and diagnosis of infectious diseases, and it is necessary to develop a vaccine platform to quickly respond to unknown infectious diseases. The vaccine platform developed through this research overcomes the disadvantages of subunit vaccines by easily replacing antigens, which is advantageous for early response to the spread of infectious diseases and overcomes the shortcomings of subunit vaccines. In addition, it is expected that the results of this research can be applied to the field of vaccine technology development through the physical properties of particles.’The research was conducted by Dr. Park Geun-seon (co-first author) of Professor Seung-joo Haam's research team with the support of the Individual Basic Research Project and the Core Technology Development Project for New and Variant Infectious Disease Response Platform supported by the Ministry of Science and ICT, and was published on 8 January (local time) in ACS Nano, a leading scientific journal, and was selected as the front cover.ACS Nano (2024) (IF: 17.1)Published: January 8, 2024https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09672

연세대학교 (총장 윤동섭) 화공생명공학과 함승주 교수 연구팀이 HER2 과발현 유방암 모델링 마우스 소변에서 비색변화를 통해 HER2 과발현 엑소좀을 선택적으로 검출하고 자석을 이용하여 성공적으로 분리했다.Polydiacetylene (PDA)은 다양한 외부 자극 (온도, pH, chemical 등등)에 의해 파랑색에서 붉은 색으로 변하는 특징을 가지는 양친매성 고분자이다. 양친매성 고분자는 좀 형태로 만들기 용이하기 때문에 PDA에 인지질을 추가하여 좀 형태의 나노 입자를 합성한 후 외부에 자성 나노입자 (magnetic nanoparticle)를 부착하여 자기장으로 분리가 가능하도록 센서를 설계하였다. 최종적으로, 합성된 자성 나노입자-PDA 복합체에 HER2 과발현 엑소좀과 특이적으로 반응할 수 있는 antibody를 개질하였다.설계된 나노 센서는 HER2 과발현 엑소좀과 선택적으로 반응하여 푸른색에서 붉은색으로 비색 변화가 가능함과 동시에 외부에 결합된 자성 나노입자의 존재로 기존의 검출 센서가 검출된 엑소좀을 분리하지 못했던 한계를 극복하였다. 본 연구팀이 개발한 나노 센서는 타겟 엑소좀의 검출과 동시에 분리를 진행할 수 있는 새로운 종류의 센서이다. 마지막으로 유방암 모델링 마우스 소변을 이용하여 센서의 성능을 평가하였다. 본 연구팀이 개발한 자성 나노입자-PDA 복합체는 HER2 과발현 유방암 마우스의 소변에서만 붉은색으로 변하였고, 이것을 눈으로 확인할 수 있었다. 대조적으로 건강한 마우스 소변에서는 변화하지 않았습니다. 또한, 자석을 이용하여 HRE2 과발현 유방암 유래 엑소좀을 분리할 수 있었다.특히, 이번 연구의 핵심은 기존 엑소좀 검출 센서들 처럼 타겟을 검출하는 것에서 끝나는 것이 아니라 분리를 동시에 할 수 있다는 것에 있다. 간단하고 직관적인 색 변화를 통한 검출로 의료 인프라가 열악한 저소득 및 중간 소득 국가 (LMIC; low-and middle-income countries )에서 값비싼 장비와 복잡한 절차를 대체할 수 있는 진단 플랫폼이 될 수 있을 것이라 기대된다. 또한, 이 플랫폼의 임상적 적용성을 명확하게 검증하기 위해 환자 샘플에 대한 성능 평가를 수행할 계획에 있다. 그리고 이 플랫폼에 다양한 항체를 적용하면 액체생검을 기반으로 한 다른 암이나 질병 진단에도 센서 확장이 가능하다.연세대 함승주 교수는 “엑소좀의 검출과 동시에 분리를 진행하는 것은 질병 진단 및 치료과정에 있어 시간을 매우 단축할 수 있고, HER2 과발현 유방암의 현장 진단을 위한 액체생검 센서로서의 잠재력을 갖고 있으며 비전문가와 LMIC에서 쉽게 사용할 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 NRF를 통한 나노소재기술개발 사업의 지원으로 함승주 교수 연구팀의 김륜형 연구원과 함께 진행됐으며, 세계적인 과학 분야 권위지 ‘스몰 (Small)’에 표지로 23년 11월 14일자 (현지시간)로 게재됐다.Yonsei University’s (President Yoon, Dong Sup) department of chemical and biomolecular engineering Professor Seungjoo Haam's research team developed the a magnetic-polydiacetylene nanoparticles for colorimetric detection of HER2-overexpressing-cancer-derived exosomes in mouse urine.Polydiacetylene (PDA) is an amphiphilic polymer that changes color from blue to red in response to various external stimuli (temperature, pH, chemicals, etc.). Liposome-shaped nanoparticles were synthesized by adding lipids to PDA, an amphipathic polymer, and magnetic nanoparticles were attached to the outside to enable separation using a magnetic field. Finally, the synthesized magnetic nanoparticle-PDA complex was modified with an antibody that could specifically bind to exosomes overexpressing HER2.The designed nanosensor can selectively react with HER2-overexpressing exosomes and change colorimetrically from blue to red. Due to the presence of externally bound magnetic nanoparticles, the detected exosomes could be separated, thereby overcoming the limitations of existing exosome detection sensors. The nanosensor developed by our research team is a new type of sensor that can detect and simultaneously separate target exosomes. Finally, the performance of the sensor was evaluated using mouse urine modeling breast cancer. The magnetic nanoparticle-PDA complex developed by our research team turned red only in the urine of HER2-overexpressing breast cancer mice, and this could be confirmed with the naked eye. In contrast, there was no change in healthy mouse urine. Additionally, exosomes derived from HRE2-overexpressing breast cancer could be separated using a magnet.In particular, the key point of this research is that it can simultaneously perform target detection and separation, which existing exosome detection sensors were unable to do. We hope that detection through simple and intuitive color change can become a diagnostic platform that can replace expensive equipment and complicated procedures in low- and middle-income countries (LMIC) with poor medical infrastructure. Additionally, we plan to perform performance evaluations on patient samples to clearly validate the clinical applicability of this platform.Professor Seungjoo Haam of Yonsei University replied, “Detecting and simultaneously isolating exosomes can significantly shorten the time of disease diagnosis and treatment processes, has potential as a liquid biopsy sensor for point-of-care diagnosis of HER2-overexpressing breast cancer, and can be easily used even by non-specialists and in LMICs. And by applying various antibodies to this platform, the sensor can be expanded to diagnose other cancers or diseases based on liquid biopsy.”This research was conducted with Researcher Ryunhyung Kim (first author) of Professor Seungjoo Haam's research team with the support of the Nano-Material Technology Development Program through the NRF funded by the Ministry of Science and ICT. The work was published in cover the prestigious journal of ‘Small’ on 14 November 2023 (local time).Small (2024) (IF: 13.)Published: November 14 2023https://doi.org/10.1002/smll.202307262

연세대학교(총장 윤동섭) 화공생명공학과 홍진기 교수 연구팀이 중앙대학교 기계공학과 이상민 교수 연구팀과 함께 인공 관절의 한계를 극복할 수 있는 소재를 개발했다.관절염은 연골 손상으로 인한 점증적 또는 급성 발병으로 나타나 궁극적으로는 관절이 제 기능을 지 못하게 되는 질병이다.이를 치료하기 위해 물리치료, 운동요법 등 보존적 치료를 우선적으로 실시하나 증상이 호전되지 않을 경우, 수술적 치료로서 인공 관절 삽입이 시행된다.기존의 인공 관절 소재는 세라믹, 폴리에틸렌 등의 견고한 물질을 사용하여 내구성이 뛰어나지만, 마찰계수가 높아 반복적인 움직임 시 마찰 부위에 피로가 누적되어 인공 관절의 손상이 일어나는 문제점이 있었다. 이를 해결 하기 위해 하이드로겔 등 유연한 소재를 활용할 수 있으나, 인체의 체중을 견디기에는 기계적 물성이 낮다는 문제점이 존재한다.연세대 홍진기 교수팀은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 바위에서 발견되는 나이테와 유사한 구조의 리제강 패턴(Liesegang Pattern)에 주목했다. 연구팀은 뼈의 주성분인 수산화인석이 하이드로겔에서 리제강 패턴을 지닌 형태로 생성되도록 하였으며, 이를 통해 하이드로겔의 유연한 특성을 유지하면서도 하중 분산 능력이 높은 비선형 탄성 (Nonlinear Elasticity)을 가진 하이드로겔을 개발했다.인체의 움직임이나 충격을 완충하고 지지하는 데 도움이 되는 비선형 탄성은 인체 연골의 독특한 특성으로, 연골과 기계적 특징이 굉장히 유사한 이 개발 신소재는 인공 연골 모사 환경에서 놀라운 내구성을 보여줬다.홍진기 교수는 “흔히 접할 수 있는 바위에서 착안해 의료 분야의 치명적인 문제에 해답이 되는 기술을 개발한 이상적인 화학공학 연구 결과물”이라고 평가하며, “특히 손가락의 인장 관절, 목의 추축 관절, 손목의 타원형 관절 등에 이 신소재가 유용할 것을 기대하며, 이를 향한 전임상 연구를 기획 중이다.”라고 덧붙였다.본 연구는 한국연구재단(NRF), 과학기술정보통신부(MSIT), 국가신약개발사업단, 산업통상자원부(MOTIE)의 지원을 받아 진행됐으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 최고 권위 학술지 ‘사이언스 어드벤시스(Science Advances)’에 4월 26일 게재됐다.Yonsei University’s (President Dong-Sup Yoon) department of chemical and biomolecular engineering Professor Jinkee Hong's research team developed a material that can overcome the limitations of artificial joints.Arthritis is a disease characterized by progressive or acute onset due to cartilage damage, ultimately leading to the joint's inability to function properly. To treat this condition, conservative treatments such as physical therapy and exercise therapy are prioritized. However, if symptoms do not improve, surgical treatment involving the insertion of artificial joints is performed.Conventional artificial joint materials, such as ceramics and polyethylene, are durable but suffer from the problem of cumulative fatigue at frictional sites due to their high friction coefficients during repetitive movements, leading to artificial joint damage. To address this issue, flexible materials such as hydrogels can be used, but they have low mechanical properties to withstand the body's weight.Professor Jinkee Hong’s team at Yonsei University addressed this problem by focusing on Liesegang patterns, similar to those found in rocks. The research team enabled hydroxyapatite, a major component of bones, to form Liesegang patterns within hydrogels, resulting in the development of hydrogels with high load distribution capabilities and nonlinear elasticity while maintaining the flexible properties of hydrogels.Nonlinear elasticity, which helps cushion and support the body’s movements and impacts, is a unique characteristic of human cartilage. This newly developed material, which mimics the mechanical characteristics of cartilage, showed remarkable durability in artificial cartilage simulation environments.Professor Jinkee Hong said “This is an ideal result of chemical engineering research which developed a strategy to solve the critical problems in the medical field by taking inspiration from Nature’s wisdom.” He also said, “In particular, we expect this new material to be useful for the tensile joints of the fingers, the pivot joint of the neck, and the elliptical joint of the wrist, and we are planning preclinical research toward this”.This research was conducted with support from the National Research Foundation of Korea (NRF), the Ministry of Science and ICT (MSIT), the National New Drug Development Project, and the Ministry of Trade, Industry and Energy (MOTIE), and the paper was published in Science Advances on April 26.Science Advances (2024) (IF: 13.6)Published: April 26, 2024https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl3075