한양대학교 화학공학과 김도환 교수가 중국과학원 Jin Zhu 교수, KAIST 영우빈 교수와 공동 연구를 통해 인간의 청각을 담당하는 핵심 기관인 ‘기저막’을 정밀하게 모사한 자가치유형 신축성 청각 센서를 세계 최초로 개발했다고, 8일 밝혔다.

기저막은 소리를 주파수별로 분리해 감지하는 청각의 핵심 기관이지만, 한 번 손상되면 자연 회복이 불가능해 난청이나 영구적 청각장애로 이어진다. 현재 임상에서 사용되는 인공와우(달팽이관 이식)는 수술 부담과 비용, 합병증 문제로 보급에 한계가 있다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 기저막의 형태와 소리 감지 메커니즘을 그대로 모방한 ‘이온전도체 기반 신축성 청각 센서’를 구현했다. 이 센서는 외부 충격이나 손상 후에도 스스로 회복할 수 있는 ‘자가치유 기능’을 지녀, 반영구적으로 청각 기능을 유지할 수 있다. 또한, 고성능 이온전도 고분자 소재를 적용해 인간 청각보다 넓은 주파수 범위와 높은 민감도를 확보했다.

김도환 교수는 “해당 센서는 신축될 때 형성되는 ‘이온 케이지(ion cage)’ 구조가 이온 움직임을 제어해 미세한 음향 신호까지 정밀하게 감지할 수 있다”며 “소수성 불소기와 이황화 결합을 가진 고분자 구조 덕분에 수분이 많은 생체 환경에서도 자가치유 성능을 안정적으로 유지한다”고 설명했다.

연구팀은 이번 기술을 기반으로 센서를 소형화해 체내 이식이 가능한 ‘인공 기저막’으로 발전시키고, 장기적으로 청각장애 환자의 삶의 질을 획기적으로 개선할 수 있는 차세대 의료기기 모델로 활용할 계획이다.

이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단이 추진하는 개인연구지원사업(중견연구), 나노 및 소재 기술개발사업, 첨단융합기술개발사업, 그리고 한-중 협력 연구사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 저명한 국제학술지 『Nature Communications』에 9월 2일(한국시간) 온라인 게재됐으며, 관련 기술로 1건의 특허를 출원 중이다.

해당 논문 「A reconfigurable piezo-ionotropic polymer membrane for sustainable multi-resonance acoustic sensing」에는 KAIST 영우빈 교수와 한양대 김주성 박사, 공진연 박사가 공동 제1저자로, 한양대 김도환 교수, 중국과학원 Jin Zhu 교수가 공동 교신저자로 참여했다.