Health concerns related to particulate matter (PM) pollution are on the rise globally. This study investigates the effects of the main components of PM on human airway epithelial cells (Calu-3), focusing on three distinct types: PM10-bound PAHs (including Benzo[a]anthracene and Benzo[b]fluoranthene), PM10-bound trace elements (containing arsenic and lead), and PM2.5-bound ions (comprising sodium and calcium). Calu-3 cells were exposed to these PM components at concentrations ranging from 2 to 100 μg/mL. Unexposed Calu-3 cells exhibited a 60% increase in metabolic activity after 12 hours. In contrast, exposure to PM components resulted in significant reductions in cell viability, with PM10-bound PAHs and PM10-bound trace elements causing decreases of 54% and 55% respectively, and PM2.5-bound ions leading to a 63% reduction at 100 μg/mL. Additionally, there was found to be a notable rise in the expression of proinflammatory cytokines IL-8 and TNF-α. Specifically, IL-8 levels increased by 456%, and TNF-α levels rose by 660% after 12 hours of exposure to PM2.5-bound ions. These findings indicate that the size and composition of fine dust particles play a critical role in their cytotoxic effects, contributing to increased cell death, membrane damage, and necrosis in airway epithelial cells.

본 연구에서는 가교 분자를 사용하여 0.7 kPa에서 17.7 kPa까지 다양한 강도를 갖는 콜라겐 겔을 성공적으로 제조하였다. 가교된 콜라겐 겔에 다공성 기공을 도입하고 진피세포를 내부에 담지하여, 겔 강도에 따른 세포 성장 및 거동을 확인하였다. 상대적으로 강도가 높은 겔에서 진피세포의 프로콜라겐 생합성이 47 ng에서 32 ng까지 감소하는 것을 확인하였다. 이렇게 제조된 인공피부 진피에 아데노신을 처리하였을 때, 특정 강도를 갖는 콜라겐 겔에서 프로콜라겐 생합성이 감소하는 것을 확인하였다. 반면에 기능성 펩타이드를 처리하였을 때 는 프로콜라겐 생합성이 콜라겐 겔의 강도에 크게 영향을 받지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 강도가 제어된 인공피부 제조 및 응용, 나아가 다양한 조직공학 분야의 기반 기술로 활용 가능하리라 기대된다.

다층 및 다중구획 하이드로젤을 설계하여 4D 마스크팩 적용을 위한 자가접힘 특성분석을 수행하였다. 온도민감성 분자를 하이드로젤에 도입하여 팽창비가 다른 두 층으로 구성된 하이드로젤을 제조하였다. 나아가 팽창비 차이를 조절하여 자가접힘 정도가 다른 삼중구획 하이드로젤을 설계하였다. 상온에서 각각 0.03, 0, 0.03 mm-1의 곡률을 갖는 구획화된 하이드로젤은 피부 온도에서 1.33, 0, 1.33 mm-1의 곡률로 변화하여, 안면 밀착성이 현저히 높아지는 것을 확인하였다. 다층 및 다중구획 하이드로젤 제조 기술은 안면의 부위별 굴곡모양에 따라 자가변환이 가능한 맞춤형 4D 마스크팩 구현에 활용될 수 있다.

본 연구에서는 생체재료인 콜라겐과 합성 단량체인 아크릴아마이드를 연속가교 하여, 하이드로젤 기반의 콜라겐 겔을 제조하였다. 아크릴아마이드의 함량 및 가교 정도에 따라, 1.5 kPa에서 3.0 kPa까지 다양한 강도 (E)를 갖는 콜라겐 겔을 제조할 수 있었다. 또한, 콜라겐 겔에 다공성 기공을 도입하고 진피세포를 내부에 담지하여, 겔 강도에 따른 세포 성장 및 거동을 확인하였다. 상대적으로 강도가 높은 겔에서 세포의 성장은 느렸지만 GAG 합성 및 분비는 활성화되는 것을 확인하였다. 콜라겐 겔의 기계적 물성에 따라 세포의 성장 및 활성이 영향을 받는 것을 알 수 있었으며, 이는 향후 인공피부 제조 및 응용, 나아가 다양한 조직공학 분야의 기반 기술로 활용 가능하리라 기대된다.