우리학과 계면과학및유변학연구실(지도교수 김규한)은 기름을 전혀 사용하지 않는 완전 수계 기반 자외선 차단 기술을 제시하며, 관련 연구 성과를 국제 학술지에 연이어 발표했다. 이번 연구는 기존 물–오일 혼합형 자외선 차단제가 갖는 환경적·기능적 한계를 새로운 방식으로 극복했다는 점에서 주목받고 있다.

현재 시중에 판매되는 대부분의 자외선 차단제는 기름과 물을 섞어 만든 제형이다. 이러한 기름 성분은 피부 자극을 유발할 수 있을 뿐 아니라, 사용 후 바다로 유입돼 산호초와 해양 생태계에 악영향을 준다는 지적이 꾸준히 제기돼 왔다. 이로 인해 최근에는 기름 없이도 충분한 자외선 차단 효과를 낼 수 있는 대안 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

(Top) PBSA의 시각적인 도포성 비교 / (Bottom) 피부 모방 판(PMMA판)에서의 접촉각 비교

김규한 교수 연구팀은 먼저 초기 연구를 통해 대표적인 수용성 자외선 차단 성분인 PBSA (Phenylbenzimidazole Sulfonic Acid)의 한계를 분석했다. PBSA는 물에 잘 녹는 장점이 있지만, 피부 표면에서 고르게 퍼지지 못해 보호막이 균일하게 형성되지 않고, 그 결과 실제 자외선 차단 효율이 낮아지는 문제가 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 친수성 고분자(PVA, 젤라틴, PEG, 덱스트란 등)를 도입해 PBSA의 도포 특성과 분산성을 개선했다. 그 결과, 자외선 흡수 효율을 기존 대비 최대 17배까지 향상시킬 수 있음을 입증했다. 해당 연구 결과는 국제 학술지인 Korean Journal of Chemical Engineering (IF: 3.2, JCR 상위 43 % 이내)에 게재되었다. 
( 논문 링크: https://link.springer.com/article/10.1007/s11814-025-00565-3 )

(Left) 개발된 자외선 차단제의 도포성 테스트 / (Right) 수계 분산액과 개발된 자외선 차단제(물-물 에멀젼)의 간략한 모식도

이후 해당 성과를 한 단계 더 발전시켜, 완전히 새로운 개념의 물-물 에멀젼 기반 자외선차단제를 최초로 개발하는데 성공하였다. 이 기술은 물과 물이 특정 조건에서 서로 상 분리되는 현상인 수계 2상 시스템 (Aqueous Two Phase System, ATPS)을 활용한 것으로, PVA와 덱스트란으로 구성된 ATPS에 UV 차단 효과가 있는 PBSA와 이산화티타늄(TiO₂)을 함께 적용했다. 이를 통해 기름을 사용하지 않으면서도 제형의 안정성과 자외선 차단 성능을 동시에 확보했다. 그 결과, 개발된 물-물 에멀전 기반의 자외선차단제는 동일한 성분과 농도를 가진 일반 수계 분산액보다 더 높은 SPF(Sun Protection Factor) 성능과 함께, 피부 표면 전체에 도포되어 균일한 자외선 차단 효과를 나타냈다. 특히 국제 기준에 따른 생체 외 시험(In vitro test)에서, 시중에 판매 중인 SPF 30~50 수준의 제품과 비교해도 더 높은 차단 성능과 우수한 도포 균일성을 보였다.

(Left) 입자 농도별 수계 분산액과 개발된 자외선 차단제(물-물 에멀젼)의 생체 외 시험 결과 비교 / (Right) 시중에 판매중인 제품의 생체 외 시험 결과 비교

또한 시간이 지나도 성능이 유지돼, 7일이 지난 후에도 초기와 동일한 자외선 차단 효과를 보였다. 온도 변화를 통해 일부러 제형을 불안정하게 만든 뒤에도, 간단히 흔들어 다시 사용하면 차단 성능이 그대로 회복되는 안정성 역시 확인됐다. 이 연구 성과는 국제 학술지인 Chemical Engineering Journal (IF: 13.2, JCR 상위 3 % 이내)에 보고되었으며, 생명과학 분야의 우수한 연구를 소개하는 한빛사(한국을 빛낸 사람들)에도 선정되며 학문적·기술적 가치를 인정받았다. 연구팀은 이번 연구가 친환경 자외선 차단제 개발은 물론, 향후 다양한 피부 보호 및 기능성 제형 기술로 확장될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
( 논문 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726003372 )

계면과학 및 유변학 연구실(IER Lab) 홈페이지: https://ierlseoultech.weebly.com