[뉴스인] 조진성 기자 = 매년 많은 사람들이 치아 문제로 임플란트를 받지만, 시간이 지나며 바이오필름에 의해 염증, 잇몸질환, 임플란트 주변의 뼈 손실의 문제가 발생하게 된다.

이런 문제를 연구 개선한 사람은 University of Pennsylvania 한국인 황길수박사로 박테리아 저항 나노입자 및 LED 기반 광치료 ‘스마트 임플란트’를 개발하여, 세계 여러 국가에 이 기술에 관한 특허를 출원하였으며, 2019년 University of Pennsylvania 예방 및 복원과학과의 조교수, 2024년 정년 보장 부교수가 되었다.

황길수 박사는 연세대학교에서 화학공학 학부에서 생화학 수업 중 영감을 받은 후 화학 및 생체분자공학에서 박테리아가 표면에 부착되는 과정을 수학적 모델링으로 설명하는 연구를 통해 박사학위를 취득하였다.

이후 캐나다 앨버타 대학교에서 바이오필름 형성에 대한 박사 및 연구원 활동하며, 바이오필름의 긍정적인 면에 주목하여, 바이오리액터를 개발하고 미생물 특성을 활용해 폐수 내 유독성 성분을 친환경적으로 분해하는 잠재적 정수처리 방법을 모색하게 된다.

황 박사는 연구과정 중 치아 바이오필름, 즉 치아와 치아 사이에 끈적한 플라크를 형성하는 미생물 군집에 주목하게 되었고, 바이오필름의 생물물리적 특성을 측정하는 연구 끝에 바이오필름의 기계적 강도를 측정할 수 있는 장치 개발과 원자력 현미경을 사용해 박테리아가 표면이나 곰팡이에 부착하는 힘을 분석하게 되었다.

이런 연구를 통해 바이오필름에 저항할 수 있는 고유한 항부착 및 항염증 특성을 가진 차세대 ‘스마트 임플란트’ 개발을 진행중이며, 최근 NIH(미국 국립 보건원)으로부터 260만달러의 연구비를 수여받았다. 

‘스마트 임플란트’는 나노입자 화합물(바륨 티타네이트)를 활용하여 박테리아와 염증 및 감염으로부터 조직을 보호하는 보이지 않는 근적외선 빛을 자체적으로 공급하여 방출하며, 이 근적외선 빛은 구강 세포를 자극하여 박테리아를 죽이는 단백질과 염증을 감소시키는 생물질들의 형성을 촉진시킨다. 

황교수는 이 소재가 치과 크라운에 사용되어 바이오필름 형성을 방지하고 전기를 생성하여 상처 치유와 뼈 재생을 촉진, 구강건강을 모니터링하는 바이오센서를 작동시키는 등 다양한 응용 가능성에 대한 주목하여 연구 범위를 넓혀가고 있다.

이 스마트 임플란트의 독특한 점은 자체적으로 전원공급이 가능한 것이다. 황 교수는 "바륨티타네이트 나노입자는 압전 효과를 가지고 있어, 칫솔질이나 씹는 것과 같은 단순한 신체활동으로 외부의 전원이 없이도 LED에 자체적으로 전원을 공급할 수 있다. 광치료를 위해 임플란트에 배터리를 탑재시킬 수 있지만, 임플란트 이식 후 배터리를 교체하거나 충전하는 것이 사실상 불가능해진다. 하지만 우리는 압전 소재를 사용하여 구강내에서 자체적으로 전원을 공급하여 이러한 문제를 원천전으로 해결하였다"라고 밝혔다.

황박사는 상업화 가능성을 두고 미국 내 기술 혁신에 참여하는 소기업을 지원하는 연방프로그램 소기업 혁신연구(SBIR)신청을 준비하고 있다. 스마트 임플란트가 상용화 되면 임플란트 기술과 구강건강관리에 새로운 패러다임이 열리는 것이다.

이 밖에도 황교수는 ‘박테리아와 곰팡이 간의 상호작용을 통한 조기 아동 충치 예방 연구’를 진행하여 2024년 국제 치과 연구협회(IADR)에서 혁신 구강 관리상을 수상하였고, 창의적 연구환경에서 젋은 연구자들이 열정을 펼치도록 연구실 운영과 다양한 멘토링으로 헌신하고 있다.