국내 연구진이 암 세포를 거품처럼 터트려 자연적으로 사멸하도록 해 암을 치료하는 기술을 개발했다. 성균관대 화학공학과, 한국과학기술연구원(KIST) 공동연구팀은 초음파를 쬐면 기포가 만들어지는 나노물질로 암세포막을 파괴해 암조직이 괴사하도록 하는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 최신호 표지논문으로 실렸다. 많은 연구자들이 세포괴사 현상인 ‘네크롭토시스’를 암치료에 활용하려고는 했지만 화학적이나 생물학적으로 이 현상을 유도하기가 쉽지 않아 치료제 개발까지 이어지지는 못했다. 연구팀은 물리적으로 암세포를 터트려 네크롭토시스를 유도하기 위해 액체상태의 과불화펜탄을 탑재시킨 자기조립형 고분자를 만들었다. 이 고분자를 암세포로 침투시킨 뒤 초음파를 쬐어주면 과불화펜탄이 기체로 변하면서 부피가 팽창해 암세포막이 터지면서 괴사하는 것이다. 연구팀은 대장암을 유발시킨 뒤 암조직이 폐로 전이된 생쥐에게 면역항암제와 함께 나노버블을 함께 투여한 결과 면역항암제만 투여했을 때보다 종양의 무게가 97% 수준으로 감소되는 것이 관찰됐다. 이와 동시에 종양 내 암세포를 공격하는 면역세포도 증가했고 대장암은 물론 전이된 폐암조직까지 성장이 억제되는 것이 발견됐다. 박재형 성균관대 교수는 “이번 연구는 네크롭토시스 현상을 이용해 항암 면역치료 연구의 실마리를 제시했다는데 의미가 크다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

가천대학교 사회맞춤형 산학협력 선도대학(LINC+)사업단이 산학협력 우수 사례로 호평을 받고 있다. 가천대는 지난해 4월 교육부 사회맞춤형 산학협력 선도대학 육성사업에 신규 선정돼 2021년까지 3년간 국고지원을 받아 산업수요 맞춤형 인재를 양성하고 있다. 가천대는 사업 선정 이후 지난 2학기 ▲바이오-인공지능 융합전공 ▲수소-하이브리드 융합전공 ▲IT 디스플레이 융복합 플랫폼 융합전공 ▲AI·빅데이터 기반 스마트에너지 시스템 융합전공 등 4개 전공을 신설했다. 바이오와 인공지능을 접합해 창의력을 발휘 할 수 있는 인재를 키우기 위해 의용생체공학과와 컴퓨터공학과가 참여해 바이오-인공지능 융합전공을 만들었다. 이같은 융합전공에는 의용생체공학과, 컴퓨터공학과, 기계공학과, 화공생명공학과, 전자공학과, 전기공학과 등이 참여한다. 4개 전공에 132명의 학생이 참여했다. 가천대는 융합전공의 내실을 위해 관련 기업들과 협업을 통해 교과목을 개발하고 현장실습을 실시하고 있다. 과정 이수자에게는 해당 기업의 취업 기회도 제공할 예정이다. 가천대는 올해도 이러한 성과를 바탕으로 참여 기업과 학생을 확대하기로 했다. 기업과 손잡고 산업 현장 문제해결을 위한 기술개발에도 앞장서고 있다. 이대호 기계공학과 교수팀은 ‘반도체 나노물질을 이용한 고민감도 플렉서블 온도 센서’를 개발했으며, 박광진 기계공학과 교수팀은 ‘개질 기술을 활용한 배터리 양극 물질의 그래핀 코팅에 따른 향상된 성능의 배터리’를 개발했다. 산업계의 이야기를 듣고 현장의 어려움을 해결하기 위해 가천대의 연구 인프라를 활용해 기술을 개발했다. 황보택근 LINC+사업단장은 “가천대는 지난해 사업 선정이후 발빠르게 기업과의 협력을 통해 업계에서 필요 하는 인재와 기술을 개발하고 있다. 융합전공 및 기술개발이 사업의 첫 신호탄”이라며 “이러한 사업성과를 바탕으로 산학협력 대표 대학으로 거듭나기 위해 내실을 기하겠다”고 말했다. 신동원 기자 asadal@seoul.co.kr

우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 소금을 이용해 나노 재료를 손쉽게 관찰할 수 있는 일종의 ‘소금 현미경’이 개발됐다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부, 가천대 신소재공학과, 미국 매사추세츠공과대(MIT) 화학공학과 공동연구팀은 소금의 결정을 이용해 탄소나노튜브를 상온, 상압이라는 일반적 환경에서 손쉽게 관찰할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’ 12일자에 실렸다. 탄소나노튜브는 탄소원자가 육각형으로 결합해 원통 모양으로 연결된 물질로 특이한 기계적, 전기적 특성을 갖고 있어 다양한 분야에 활용 가능한 소재이다. 문제는 탄소나노튜브의 크기가 너무 작기 때문에 표면이나 구조를 관찰을 할 때 일반적인 광학 현미경은 사용할 수 없다는 것이다. 전자현미경이나 원자힘현미경으로 관찰이 가능하기는 하지만 사용방법이 까다롭고 관찰가능한 면적이 한계가 있다. 이에 연구팀은 탄소나노튜브에 소금물을 떨어뜨린 뒤 전기장을 가해 소금이온이 탄소나노튜브 외부 표면을 따라 이동하면서 소금결정을 형성하게 했다. 탄소나노튜브 표면에 소금결정 옷을 입힌 것이다. 이렇게 탄소나노튜브 표면에 소금결정을 코팅하면 실험실에서 일반적으로 사용하는 광학현미경만으로도 넓은 면적에 분포된 탄소나노튜브를 손쉽게 관찰할 수 있다. 또 소금결정은 물에 잘 녹기 때문에 탄소나노튜브를 관찰한 뒤 쉽게 씻어낼 수 있다는 장점도 있다. 특히 연구팀은 코팅된 소금결정이 탄소나노튜브의 광학신호를 수 백배까지 증폭시킬 수 있다는 사실도 확인했다. 일반적으로 물질은 빛을 받으면 내부 분자가 빛 에너지와 상호작용해 광학신호를 방출하는데 이를 분석하면 물질 특성을 알 수 있다. 연구팀은 소금코팅이 현미경 렌즈 역할을 하기도 해 탄소나노튜브의 전기적, 물리적 특성을 손쉽게 알아낼 수 있다는 사실을 확인한 것이다. 이창영 UNIST 교수는 “이번 기술은 일반적인 온도와 압력에서 나노 재료를 손상시키지 않고도 실시간으로 물성을 측정 가능하다는 것이 핵심”이라며 “소금 종류에 따라 굴절률을 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 모양과 크기도 조절 가능하다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

자동차가 처음 만들어진 것은 1482년이다. 르네상스 시대 천재인 레오나르도 다빈치가 만든 태엽으로 움직이는 자동차가 바로 그것이다. 이후 폴란드 시몬 스테빈이 1569년 풍력자동차를 만들었고 1769년 니콜라스 조셉 퀴뇨가 증기자동차를 선보였으나 상용화에는 실패했다. 현재와 같이 휘발유로 움직이는 내연기관 자동차는 1885년 독일의 칼 벤츠가 처음으로 만들었다. 자동차가 처음 만들어진 19세기 말부터 20세기 말까지만해도 자동차는 기계장치라는 개념이 강했지만 최근 들어 전기자동차가 늘어나고 자동차 내부에 각종 전자기기들이 장착되면서 이제 자동차는 더이상 기계장치가 아닌 전자제품이 되가고 있다. 자율주행차 시대가 되면 자동차는 그야말로 각종 반도체 칩과 부품들로 가득 차게 될 것이다. 문제는 각종 전자부품들이 들어가 작동하면서 발생하는 전자파들이 간섭현상을 일으켜 기기오작동의 우려도 그만큼 커지고 있다. 자동차 업계도 전자파 간섭현상을 해결하기 위해 금속필름으로 기판을 덮는 등 방법을 강구하고 있지만 제작비용이 비싸고 모든 부품에 사용할 경우 그만큼 자동차의 무게가 무거워져 연비가 떨어질 수 있다는 문제가 생긴다. 국내 연구진이 전자파 간섭현상을 막을 수 있는 2차원 나노재료를 개발하고 이를 상용화할 수 있는 기술까지 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 연구진은 전기전도성이 우수해 금속필름보다 전자파 차폐 소재로 우수한 성질을 보이는 2차원 나노물질 ‘맥신’을 개발하고 상용화를 앞당길 수 있는 유기잉크 제조기술을 개발했다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS 나노’에 실렸다. 전자파를 막을 수 있는 차폐효율은 전기전도성이 높을수록 높아진다. 연구팀이 개발한 맥신은 전기전도성이 높고 수용액을 이용해 쉽게 만들 수 있기 때문에 전자파 차폐나 전극패턴 소재로 제작하기 용이하기 때문에 2차전지, 대용량 축전지, 가스센서, 바이오센서 등 다양한 활용이 가능하다.문제는 맥신은 제작과정에서 물분자나 산소에 의해 산화되기가 쉬워 예상 전기전도도를 갖지 못하는 경우가 발생한다는 것이다. 또 맥신은 물과 화합하기 쉬운 친수성이기 때문에 반대성질인 소수성을 갖는 고분자 재료들을 활용하기에 한계가 있다. 마치 물과 기름이 섞이지 않는 것과 마찬가지이다. 맥신이 상용화되기 위해서는 반드시 넘어야할 과제 중 하나이다. 연구팀은 이런 문제점을 개선하기 위해 2차원 맥신 입자에 화학적 표면처리를 통해 소수성을 갖도록 한 맥신 유기용매를 개발함으로써 산화도 막고 소수성 고분자물질과도 쉽게 섞어 사용할 수 있도록 했다. 연구를 이끈 구종민 KIST 센터장은 “맥신 유기분산 잉크를 개발함으로써 산화 안정성 뿐만 아니라 소수성 물질과도 혼합해 사용할 수 있는 만큼 전자파 차폐, 전극소재 등 다양한 분야에 적용할 수 있게 될 것”이라며 “이번 연구를 통해 대량생산 상용화 공정을 개발하는데 한 걸음 더 다가섰다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 암 사망률 1위이면서 세계적으로도 가장 많이 발생하는 것이 바로 폐암이다. 전 세계에서 매년 약 100만명 이상이 폐암으로 사망하는 것으로 알려져 있는데 이유는 조기진단이 쉽지 않다는 이유 때문이다. 특별한 자각 증상이 없기 때문에 폐암 판정을 받는 사람들은 대부분 암이 말기로 진행되거나 다른 장기로 전이된 상태에서 발견되는 경우가 많다. 실제로 조기진단과 치료기술은 꾸준히 발전하고 있지만 완치율은 30% 이하에 머물고 있다. 이런 상황에서 국내 연구진이 폐암의 발생과 증식에 관여하는 핵심단백질만 골라서 없앨 수 있는 나노물질을 개발하는데 성공했다. 울산대 의대 서울아산병원, 서울시립대 화학공학과 공동연구팀은 폐암 발생과 증식에 관여하는 ‘USE1’이라는 단백질을 타겟으로 하는 간섭RNA 나노구조체를 만들어 동물에게 실험한 결과 항암효과를 확인했다고 10일 밝혔다. 암 치료는 외과수술, 방사선치료, 화학항암제 등으로 주로 이뤄지고 있지만 최근에는 면역치료제나 유전자치료제를 이용한 치료도 늘어나고 있다. 특히 유전자치료제는 질병의 원인단백질이 만들어지지 않도록 단백질 유전자를 차단하는 방식이어서 환부만 정확하게 제거할 수 있다는 장점이 있다. 치료과정에서 발생할 수 있는 유전적 변형을 막기 위해 DNA보다 중간체인 RNA를 차단하는 방식이 선호되고 있다. 즉 RNA와 결합하는 짧은 RNA를 이용한 RNA간섭현상을 일으켜 질병 유발 단백질을 합성하는 것을 막는 것이다. 문제는 RNA가 구조적으로 불안정하기 때문에 체내에서 쉽게 분해돼 환부까지 도달하기가 쉽지 않다는 것이다.연구팀은 폐암유발단백질인 USE1을 타겟으로 한 짧은가닥의 간섭RNA를 디자인하고 이를 표적부위까지 도달할 수 있는 나노입자로 합성했다. 복제효소를 이용해 RNA가 중간에 분해되지 않고 폐암유발단백질까지 도달할 수 있도록하고 표적에 도달하면 자기조립되는 방식으로 나노구조체를 합성하도록 한 것이다. 연구팀은 사람의 폐암세포주에 이번 나노구조체를 주입한 결과 폐암세포가 작아지는 것을 확인했다. 연구팀은 또 실제 사람의 폐암조직을 떼어 생쥐에게 이식해 폐암이 발병하도록 한 다음에 이번에 개발한 간섭RNA 나노구조체를 투여하는 실험도 했는데 세포실험 때처럼 폐암세포의 크기가 작아지는 것이 관찰됐다. 이창환 울산대 의대 의생명과학교실 교수(종양생물학)는 “이번에 개발한 RNA나노구조체는 기존 유전자 치료제의 불안정성과 낮은 치료효율, 잠재적 독성, 고비용이라는 단점을 극복하고 탁월한 항암효과를 보여줬다”라며 “폐암 유전자 치료의 임상적 적용과 효과적 치료를 앞당기는데 기여할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

가을이 깊어지면서 많은 사람들이 산과 들, 야외를 찾아나선다. 이 때 여름만큼은 아니지만 햇볕에 얼굴이 타는 것을 피하기 위해 자외선차단제를 사용한다. 그런데 하얀 피부를 위해 자외선 차단제를 지나치게 사용할 경우 안에 포함된 나노물질이 인체 주요 장기에 축적될 수 있다는 연구결과가 나왔다. 한국화학연구원 부설 안전성평가연구소 생체유해성연구그룹 유욱준 박사팀은 이산화티타늄 나노물질이 체내에 들어가면 뇌와 간, 태반 등에 축적되기 쉽다고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 독성학 분야 국제학술지 ‘파티클 앤드 파이버 톡시콜로지’에 실렸다. 나노물질은 다양한 생활용품 제조에 쓰이고 있는데 특히 이산화티타늄은 페인트, 코팅제는 물론 자외선차단제, 화장품에서 많이 사용되고 있다. 그렇지만 다른 나노물질처럼 이산화티타늄에 대한 안전성 여부는 명확히 밝혀져 있지 않은 상태이다. 더군다나 나노물질에 많이 노출될 경우 민감한 반응을 나타낼 수 있는 임산부에 대한 연구는 더 적다. 연구팀은 임신한 생쥐에게 이산화티타늄 나노물질을 투여한 뒤 안전성과 체내 주요 장기에서 나노물질이 어떻게 분포하는지 관찰했다. 그 결과 임신 중 이산화티타늄에 노출되면 간과 뇌, 태반에 축적된다는 것이 확인됐다. 그러나 특이한 독성학적 영향은 관찰되지 않았다고 연구팀은 밝혔다. 연구를 주도한 유욱준 박사는 “이번 연구는 노약자나 임산부 같은 건강취약층에서 나노물질이 체내에 들어갔을 때 어떤 영향을 미치는지를 살펴본 기초적인 연구”라면서 “동물실험에서 이산화티타늄 나노물질에 대한 독성이 발견되지 않았을 뿐 이산화티타늄이 안전하다고 단정하기는 어렵고 나노물질의 다양한 물리화학적 특성을 고려할 때 사람에 대한 추가적 안전성 연구는 필요하다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

부산대 고분자공학과 김일 교수팀은 벤젠, 나프탈렌과 같은 비교적 값싼 원료를 이용해 균일한 다공성 유기 나노소재와 탄소 나노소재를 만들 수 있는 기술을 확보했다고 16일 밝혔다. 이번 연구 결과는 나노 분야 국제학술지 ‘ACS 나노’에 실렸다. 제올라이트나 실리카겔 같은 다공성 나노물질은 균일한 구멍과 넓은 표면적 때문에 수(水)처리, 촉매, 가스 분리 같은 다양한 분야에서 활용되고 있지만 제작 과정이 까다롭다는 단점이 있다. 연구팀은 벤젠과 나프탈렌으로 중고등학교 과학시간에 배우는 간단한 화학반응인 산·염기 반응을 이용해 원하는 크기와 종류의 나노캡슐, 나노튜브, 나노시트를 만드는 데 성공했다. 이번 기술을 활용하면 각종 촉매, 연료전지, 리튬이온전지, 항공우주 및 자동차용 복합재료, 바이오센서 등 다양한 분야에 활용할 수 있는 다공성 나노물질을 저렴하고 간단하게 만들 수 있을 것으로 기대되고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 빛을 받으면 활성화돼 일반 세포에는 아무런 영향을 미치지 않고 암세포만 선택적으로 제거할 수 있는 나노물질을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스연구단 김광명 박사팀은 스스로 특정 형태를 만드는 자가조립 나노물질을 이용해 정상조직에는 영향을 주지 않고 암세포만 선택적으로 제거할 수 있는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼즈’에 실렸다. 최근들어 첨단 레이저 기술을 활용해 종양만을 선택적으로 제거할 수 있는 방법들이 속속 개발되고 있다. 그렇지만 레이저를 이용해 암세포를 죽이는 광역학 치료기술은 빛에 반응해 화학적 변화를 일으키는 광과민물질이나 이를 포함한 나노입자를 투여한 다음 강한 레이저를 이용해 치료한다. 문제는 나노입자가 정확히 종양부위에만 달라붙는 것이 아니어서 치료효율이 낮아 일부 피부와 가까운 쪽에 발병한 피부암 등에만 제한적으로 적용할 수 있었다. 또 레이저 출력이 강해 피부를 태우는 등 안전 문제도 지적돼 왔다.연구팀은 항암효과를 갖고 있으며 스스로 나노구조를 만들어 내는 항암전구체 나노물질을 개발했다. 이 물질을 투여하면 종양조직만 찾아가 서서히 축적된다. 이렇게 축적된 뒤 저선량의 레이저를 쪼여주면 피부를 투과한 레이저에 반응한 나노물질이 항암제를 방출해 암 조직을 제거하는 원리이다. 특히 종양까지 항암제가 전달되는 동안은 나노물질 안에 있다가 레이저로 자극됐을 때만 활성화되면서 항암효과를 드러내도록 함으로써 암조직 뿐만 아니라 일반 정상조직까지 건드리는 것을 피했다. 김광명 KIST 박사는 “이번에 개발한 치료법은 레이저 기술과 나노기술, 전구체 기술을 활용해 독성 없이 암을 완전 사멸시킬 수 있도록 했다”라며 “이번 기술은 차세대 항암 치료기술과 항암제 신약개발에 크게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

몸 속 암조직을 뜨거운 열로 없애거나 약으로 치료한 뒤 저절로 사라지는 마법 같은 마이크로 로봇 기술을 국내 연구진이 개발했다. 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 최홍수 교수팀은 원하는 부위에 고열치료나 약물방출 조절이 가능한 생분해성 마이크로로봇을 개발했다고 27일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈’ 최신호(22일자)에 실렸다. 암을 치료하기 위해서는 외과 수술, 다양한 종류의 항암제, 방사선, 고열치료 등 다양한 방법이 활용되고 있다. 항암제를 이용한 치료는 외과수술과 함께 가장 많이 사용되고 있지만 특정 부위에 정확한 양을 전달하기가 쉽지 않다. 또 고열치료는 부작용이 적어 활발하게 활용되려는 분위기이지만 암 발생 부위에 정확히 열을 가하기 어렵다는 단점도 갖고 있다. 연구팀은 3D 레이저 리소그라피라는 기술을 이용해 자성을 띠는 나노입자와 약물을 탑재할 수 있는 3차원 생분해성 마이크로 로봇을 개발했다. 특히 마이크로 로봇을 생분해성 폴리머로 만들어 암 치료라는 목표를 달성한 다음에는 회수 작업 없이 체내에서 자연스럽게 분해될 수 있도록 했다.연구팀이 개발한 마이크로 로봇은 외부에서 자기장을 이용한 무선제어방식으로 체내에서 빠르고 정밀하게 약물을 전달할 수 있다. 원하는 부위에 도달한 로봇에게 고주파의 자기장을 걸어주면 로봇 안에 있는 자성나노입자에서 발생한 열이 주변 온도를 올려 암조직을 고열로 제거할 수 있다. 또 자기장 강도와 노출시간을 조절함으로써 약물 방출과 열발생도 정확하게 조절할 수 있도록 설계됐다. 최홍수 교수는 “마이크로 로봇으로 몸 밖에서 배양한 암세포에 대한 고열치료가 암세포 제거에 유의미한 효과가 있다는 것을 확인했다”라며 “기존 암세포 치료방법의 단점을 개선시켜 암세포 치료 효율을 높이고 부작용도 줄일 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 차세대 태양전지 기술인 페로브스카이트 태양전지와 물질 표면에 빛을 비췄을 때 발생하는 핫전자를 포착하는 기술을 결합시켜 새로운 개념의 태양전지 기술을 개발해 주목받고 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노물질및화학반응연구단과 성균관대 화학공학부 박남규 교수 공동연구팀은 페로브스카이트와 핫전자 포착 기술을 결합한 고효율 태양광 전환소자 개발에 성공했다고 12일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’ 최신호에 실렸다. 핫전자는 빛 에너지를 흡수했을 때 표면에 생성되는 고에너지 전자로 태양광을 전기에너지로 전환할 때 사용되는 매개체로 알려져 있다. 현재 태양전지 기술은 빛에너지를 전기에너지로 전환할 때 에너지 손실이 상당히 크지만 핫전자를 기반으로 한 태양전지는 에너지 손실을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 현재 기술수준으로는 태양전지 효율을 극대화시키는데 한계에 다다라 핫전자 기술을 이용한 태양전지 개발에 많은 과학자들이 관심을 갖고 있다. 문제는 핫전자는 발생 이후 1조분의 1초만에 사라지고 이동거리가 수십 나노미터(㎚)에 불과해 포집이 쉽지 않다는 점이다. 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 페로브스카이트 구조를 가진 물질에서 핫전자가 다른 물질에서 만들어진 것보다 수명과 확산거리가 길다는 사실에 착안했다. 연구팀은 이산화티타늄 박막 위에 금 나노구조체가 놓인 나노 다이오드를 만들고 그 위에 페로브스카이트 소재를 쌓아올린 형태의 태양전지를 만들었다. 여기에 빛을 비추면 페로브스카이트와 금 나노구조체가 각각 핫전자를 만들어 수명과 확산거리가 크게 증폭되는 것을 확인했다. 실제로 금 나노구조체만 있을 때 핫 전자는 발생 후 2.87피코초(피코초=1조분의 1초)만에 사라지지만 페로브스카이트와 결합된 경우는 62.38피코초가량을 머무는 등 핫전자 수명이 22배 이상 길어진 것이 관찰됐다. 박정영(카이스트 화학과 교수) IBS 나노물질및화학반응연구단 부연구단장은 “핫전자는 차세대 친환경 에너지원 개발에 있어 새로운 패러다임을 제시할 것”이라면서 “이번 연구를 바탕으로 핫전자의 소멸과 포집시간을 조절해 같은 양의 빛을 받아도 더 많은 전류를 발생시키는 초고효율 페로브스카이트 기반 핫전자 태양전지를 개발할 계획”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

위스키의 미묘한 차이까지 감별할 수 있는 ‘인공 혀’를 과학자들이 개발해냈다. 영국 BBC 등에 따르면, 영국 글래스고대 등 연구진이 서로 다른 참나무통에서 숙성된 같은 종류의 위스키를 99% 이상의 정확도로 감별할 수 있는 장치를 만들어냈다. 또한 이 장치는 위스키의 12년산과 15년산 그리고 18년산 등 생산연도는 물론 복잡한 혼합물에 들어있는 여러 가지 화학물질의 차이까지도 구별할 수 있다.이에 대해 이번 연구의 책임저자인 알래스데어 클라크 글래스고 공대 박사는 “이 장치는 인간의 혀와 비슷하게 작동하므로 우리는 인공 혀라고 부르고 있다”면서 “인간처럼 커피와 사과 주스의 서로 다른 맛을 내는 각각의 화학물질을 식별할 수는 없지만, 복잡한 화학적 혼합물 간의 차이는 쉽게 구별할 수 있다”고 설명했다. 인공 혀는 맛을 느끼는 감각 세포가 몰려있는 세포인 미뢰 역할을 하는 금과 알루미늄으로 된 체스판 패턴의 작은 판 위에 배치된다. 그 위에 위스키를 부어 밑에 있는 각 금속판이 어떻게 빛을 흡수하는지를 조사한다. 금과 알루미늄 조각의 몇몇 색 변화를 측정해 검사 대상인 위스키를 시료별로 측정, 각 자료의 통계 분포도를 작성한다. 또한 이 장치는 값비싼 희귀 위스키가 진짜인지 아니면 가짜인지를 알아낼 수 있어 품질 관리뿐만 아니라 전 세계적으로 급증하고 있는 가짜 양주에 대한 대책으로도 이용할 수 있을 것으로 기대된다. 이뿐만 아니라 휴대가 용이하고 재사용할 수 있어 식품의 안전성 검사와 안전 보장 등 분야에 있어서도 활용할 수 있다. 위스키 업계에서는 급증하는 가짜 때문에 골머리를 앓고 있다. 지난해 위스키 감정과 컨설턴트 서비스를 제공하는 빈티지 위스키 업체 ‘레어 위스키 101’가 2년간 시중에서 구한 가격 1만파운드(약 1400만원) 이상의 희귀 빈티지 스카치위스키 55병에 대해 스코틀랜드대 환경연구센터(SUERC)를 통해 방사성 탄소연대 측정법을 이용한 실험실 조사를 시행했다. 그 결과 그중 21병이 가짜로 밝혀졌고 이에 따른 경제적 손실은 총 63만5000파운드(약 9억3900만원)에 이르는 것으로 전해졌다. 이에 대해 위스키 전문가 모임인 ‘키퍼스 오브 더 퀘익’의 애너벨 메이클 회장은 이번 인공 혀 기술 개발 소식에 업계가 환영할 것이라고 말했다. 메이클 회장은 BBC와의 인터뷰에서 “업계로서는 가짜 위스키 퇴치에 도움이 될 것으로 보이는 것은 무엇이든 환영할 것”이라면서 “감별 작업 중 일부를 이 기술로 대체하면 마스터 블렌더(위스키 제조장인)들 역시 고마워할 것”이라고 말했다. 한편 자세한 연구 결과는 나노물질 분야 대표 국제학술지 ‘나노스케일’(Nanoscale) 최신호(3일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

똑같은 질병이라도 유전적 차이로 환자에 따라 달라지는 경우가 많다. 이 때문에 체내 특정 부위에만 집중적으로 약물을 전달해 치료할 수 있는 나노의약품이 주목받고 있다. 이 때문에 암 진단과 치료에 나노의약품이 많이 활용되고 있다. 문제는 나노의약품이 체내 면역작용으로 환부까지 도달하지 못하고 간에 축적되는 경우도 많다. 국내 연구진이 나노의약품의 치료효과를 높이기 위해 체내에서 움직임과 변화를 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 한국원자력연구원 방사선기기연구부 박정훈 박사팀은 의료용 동위원소 지르코늄-89를 이용해 나노물질의 체내 분포를 영상화해 관찰하는데 성공했다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 최신호(5월 15일자)에 실렸다. 최근에는 나노물질이 면역시스템을 극복하고 종양까지 효율적으로 도달할 수 있도록 하기 위해 적혈구에서 추출한 단백질막을 나노물질에 코팅함으로써 면역시스템을 피하도록 하고 있다. 연구팀은 실제로 이 방법이 나노치료물질이 면역시스템을 피할 수 있는지를 관찰한 것이다.지르코늄-89는 양전자방출단층촬영(PET) 검사와 같은 영상진단에 사용하는 동위원소로 반감기가 3.3일이다. 지르코늄-89와 결합된 물질은 체내 움직임을 장시간 추적관찰할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 쥐에서 적혈구를 분리해 단백질막을 추출했다. 단백질막을 나노물질과 지르코늄-89를 결합시킨 물질 표면에 코팅해 면역나노물질을 만들었다. 이 물질을 생쥐에 주사한 다음 핵의학 영상장비로 관찰한 결과 단백질막을 코팅한 나노물질은 간을 통과해 종양에 축적되기 시작한 것이 관찰됐지만 단백질막을 코팅하지 않은 나노물질은 간, 비장 등에 축적돼 암세포까지 도달하지 못한다는 사실이 확인됐다. 박정훈 박사는 “지금까지는 나노의약품의 환부 도달 과정을 관찰하기 어려웠지만 이번 연구는 반감기가 긴 지르코늄-89으로 나노물질의 면역력을 실시간으로 확인할 수 있게 됐다는데 의미가 크다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘이산화탄소’는 지구온난화를 일으켜 기후변화를 가져오는 주범으로 꼽히는 대표적인 물질이다. 이 때문에 대기 중 이산화탄소를 줄이고 유용한 화합물로 변환시키는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 카이스트 화학과 송현준 교수, 기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단, 독일 베를린 기술대 화학공학과 공동연구팀은 이산화탄소를 화학산업 분야에서 기본물질로 쓰여 ‘산업의 쌀’이라고 불리는 에틸렌으로 70% 이상 변환시킬 수 있는 전기화학적 나노촉매를 개발했다고 28일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘미국 화학회지’ 최신호(4월 18일자)에 실렸다. 에틸렌은 원유를 정제해 나프타를 분리시킨 다음 나프타를 다시 정제해 얻는 물질로 다양한 석유화합물로 가공될 수 있기 때문에 ‘산업의 쌀’이라고 불린다. 연구팀은 태양광이나 풍력으로 만들어지는 신재생 전기에너지를 활용해 이산화탄소 변환기술을 개발했다. 온실가스인 이산화탄소를 신재생 전기에너지를 이용해 산업에 유용한 물질로 전환시키기 때문에 에너지와 환경 문제를 함께 해결할 수 있다는 장점이 있다. 기존에도 이 같은 시도들은 있었지만 이산화탄소 변환을 위한 촉매의 효율이 떨어지고 중간에 혼합 생성물들이 만들어져 이들을 따로 분리시켜야 하는 공정이 필요하다는 단점이 있었다.연구팀은 구리(Ⅰ)산화물 육면체 나노입자를 합성한 다음 산화시켜 가지 형태의 구리(Ⅱ)산화물 나노입자로 만들었다. 이를 탄소 지지체 표면에 담아 구리산화물-탄소 전극물질로 만들었다. 이를 중성 탄산수 수용액 전해질에서 반응시킨 결과 이산화탄소를 70% 이상 에틸렌으로 전환시키는데 성공했다. 또 연구팀은 부산물이 만들어지는 것을 억제하기 위해 구리산화물이 전기에너지에 의해 환원될 때 작은 결정 크기를 갖도록 유도했다. 그 결과 현재까지 개발된 나노입자 촉매 중에서는 가장 높은 안정성과 효율성을 보였다. 카이스트 화학과 송현준 교수는 “이번 연구는 나노수준의 촉매디자인이 고효율 에너지 제조 촉매 개발에 필수적이라는 사실을 보여준 것”이라며 “이번 기술을 발전시키면 다양한 에너지 제조와 저장 반응에도 이용할 수 있을 것으로 본다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

1990년 8월 초 미국 주도로 34개국 다국적 연합군이 이라크의 쿠웨이트 침공과 병합을 막기 위해 일으킨 제1차 걸프전쟁은 많은 사람이 어둠을 배경으로 군함에서 토마호크 미사일이 불을 뿜으며 올라가는 장면으로 기억한다. 케이블 보도전문 채널 CNN이 전쟁장면을 생중계하면서 전쟁의 상황을 전 세계인이 실시간으로 파악하게 된 최초의 전쟁이기도 하다. 그러나 당시 연합군과 이라크 군의 공방으로 쿠웨이트 사막에 송유관이 파괴되면서 엄청난 양의 원유가 유출됐다는 사실은 기억되지 못하고 있다. 과학자들이 당시 사막에 쏟아진 원유가 30여년이 지난 지금 어떤 상태로 변했는지를 분석해 발표했다. 경북대 화학과, 그린-나노물질연구센터, 한국기초과학지원연구원 생의학오믹스연구부, 한국외국어대 환경학과, 미국 캘리포니아 리버사이드대(UC리버사이드) 식물학과, 충남대 분석과학기술대학원 공동연구팀은 걸프전 유출원유가 오랜 시간이 지나면서 독성 오염물질로 변화됐다는 사실을 확인했다고 9일 밝혔다. 이번 연구결과는 환경공학 분야 ‘저널 오브 헤저더스 머티리얼즈’ 최신호에 실렸다. 연구팀은 전쟁 당시 원유가 대량 유출됐던 쿠웨이트 버간 지역의 오염토양에서 깊이별로 시료를 채취한 뒤 질량분석기와 초고분해능질량분석기를 활용해 분석했다. 그 결과 사막의 높은 표면 온도로 인한 기화현상과 햇빛에 의한 광분해로 인해 유출된 원유가 산화되면서 독성을 가진 환경오염 물질을 만들어 냈다는 사실이 확인됐다.반면 바다에 유출된 원유와 비교해서는 화학적 변화 자체는 적은 것으로 나타났는데 이는 바다에 비해 사막은 건조한 환경 때문에 미생물이 살 수없어 이로 인한 분해효과가 적었기 때문으로 분석됐다. 특히 원유가 만들어낸 직접적인 환경오염 물질 뿐만 아니라 원유가 스며든 모래나 바위, 토양이 풍화되면서 만들어 낸 환경오염 물질도 상당한 것으로 나타났다. 연구진은 원유 유출에 따른 환경 복원과 오염물 제거를 위해서는 유출 원유의 화학적 변화를 파악하는 것이 반드시 필요하다고 밝혔다. 김영환 기초과학지원연구원 박사는 “이번 연구를 통해 유출된 원유 제거와 환경복구에 필요한 중요정보들을 알게 됐으며 다양한 유출 원유 성분을 확인해 데이터베이스로 구축할 계획”이라며 “환경 오염물질을 정확히 확인하고 이들의 변형 및 유해성을 예측할 수 있는 분석법 개발에 나설 예정”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

정부는 지난달 17일 ‘수소경제 로드맵 보고회’를 열고 화석연료에 의존하는 현재의 산업구조를 수소를 기반으로 한 수소경제 시스템으로 전환하겠다고 밝혔다. 이 때문에 수소차 시장을 비롯해 수소 관련주들까지 들썩거리고 있는 상황이다. 수소경제라고 할 때 가장 먼저 떠오르는 것은 수소자동차이다. 수소차는 수소와 산소의 화학반응에서 발생한 전기로 모터를 구동시켜 움직이는데 2~3분 정도 수소만 공급하면 충전이 되고 1회 충전으로 500~700㎞ 이동이 가능해 현재 나온 전기차보다 충전시간도 10분의 1정도로 짧고 주행거리도 길다. 더군다나 각종 오염물질을 내놓는 내연기관 자동차와는 달리 물만 배출하기 때문에 친환경 이동수단으로도 꼽힌다. 그런데 수소차의 핵심은 수소와 산소라는 화학에너지를 전기에너지로 바꿔주는 연료전지이다. 현재 연료전지의 촉매로는 백금이라는 귀금속이 사용되기 때문에 수소차를 활성화시키기 위해서는 차의 심장이라고 할 수 있는 연료전지, 그 중 촉매의 가격을 낮추는 것이 무엇보다 시급하다. 실제로 연료전지 가격의 40% 이상이 백금 촉매 때문인 것으로 분석됐다. 국내 연구진이 연료전지 촉매 가격을 10분의 1로 줄이고 안정성은 대폭 높일 수 있는 기술을 개발해 화제다. 기초과학연구원 나노입자연구단은 현재 백금촉매를 대체할 수 있는 새로운 구조의 탄소기반 나노촉매를 개발하는데 성공했다고 11일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국화학회에서 발행하는 화학분야 국제학술지 ‘미국화학회지’ 6일자 표지논문으로 실렸다. 연료전지 촉매는 연료인 수소를 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 역할을 하는데 촉매로 쓰이는 백금의 가격은 1㎏당 1억원을 훌쩍 넘는 고가이다. 또 백금촉매 연료전지는 사용시간이 길어질수록 성능이 저하된다는 문제점도 있다. 연구팀은 탄소 나노물질로 크기가 서로 다른 구멍이 뚫린 계층적 다공 나노구조를 개발해 촉매활성을 향상시킬 수 있게 했다. 연구팀이 개발한 탄소나노 촉매는 구멍의 지름이 2㎚(나노미터) 이하인 마이크로 기공, 2~50㎚인 메조 기공, 50㎚보다 큰 매크로 기공을 개발해 나노 촉매 구멍별 역할을 정밀 분석했다.그 결과 2~50㎚의 메조기공은 촉매 표면적을 넓혀 전기화학적 활성을 높이며 50㎚ 이상인 매크로 기공은 산소분자를 빠르게 수송시켜 연료전지의 성능 향상에 도움을 준다는 것을 확인했다. 연구팀은 이번에 개발한 기술을 연료전지에 적용해 분석한 결과 1만회 이상 작동시켜도 성능 저하 없이 안정적으로 작동하는 것이 확인됐다. 성영은 IBS 부연구단장은 “이번 기술은 연료전지와 수소차의 상용화의 필수조건인 가격과 성능문제를 모두 해결해 줄 수 있는 원천기술”이라며 “수소차 이외에도 다른 신재생에너지나 에너지저장장치 용도로도 쓰일 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 제지산업을 비롯해 다양한 화학합성 산업에 활용되는 과산화수소를 손쉽게 생산할 수 있는 방법을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 주상훈 교수팀은 친환경적이고 저렴하게 산소를 과산화수소로 바꿀 수 있는 고성능 탄소 촉매를 개발했다고 27일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘앙게반테 케미’ 21일자 최우수 논문으로 선정돼 실렸다. 흔히 상처를 소독할 때 사용하는 과산화수소는 냄새가 없고 무색투명하며 강한 산성을 띄는 물질이다. 종이를 만드는 제지산업은 물론 다양한 합성에 널리 쓰이는 물질이다. 문제는 과산화수소를 만들기 위해서는 고압의 수소와 귀금속 촉매를 사용해야 하기 때문에 생산단가가 높고 제조공정 자체도 매우 복잡하다. 게다가 생산 과정에서 유기 폐기물이 다량으로 발생해 환경오염도 유발되기 십상이다. 이 때문에 전기를 이용해 공기중 산소를 과산화수소로 변환시키는 전기화학적 생산법이 개발되기는 했지만 촉매에 따라 생산효율이 달라진다. 이에 연구팀은 탄소 원자가 모여 흑연결정을 이루면서 만들어지는 탄소 ‘엣지’ 촉매를 만들었다. 엣지 촉매는 활성이 높은 탄소의 가장자리를 그대로 노출시킨 촉매이다. 연구팀은 다공성 나노물질의 구멍 내부에 탄소원자를 흑연결정으로 성장시키도록 했는데 구멍 안에서 형성된 흑연은 수직으로 층을 이루면서 엣지 숫자가 현저히 증가한 구조가 만들어지게 된다. 실제로 엣지 수가 늘어난 탄소 촉매는 엣지가 거의 없는 탄소나노튜브 촉매보다 약 28배 정도 우수한 생산 효율을 보였다. 특히 과산화수소로 전환할 수 있는 산소 선택도도 99% 수준으로 높였다. 주상훈 교수는 “이번에 개발한 고성능 탄소 촉매로 얻은 과산화수소는 추가로 분리공정이나 농축공정을 거치지 않고 표백이나 산폐수 처리에 바로 적용할 수 있다는 장점이 있다”라며 “이번 연구를 통해 촉매에서 산소로 전자 하나를 전달하는 과정이 반응 속도를 결정한다는 사실도 함께 밝혀내 탄소촉매의 활성을 높이기 위한 비밀을 풀었다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 암 진단과 치료를 동시에 할 수 있는 물질을 개발해 주목받고 있다. 이화여대 화학나노과학과, 약학과, 연세대 의생명과학부 공동연구팀은 나노분자 하나만으로 암을 진단하고 치료할 수 있는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국화학회에서 발행하는 화학분야 국제학술지 ‘미국화학회지’ 표지논문으로 실릴 예정이다. 암 부위를 표적으로 하는 물질을 이용해 암을 진단하는 동시에 치료를 동시에 할 수 있는 맞춤의학 기술의 하나가 ‘테라노스틱스’이다. 레이저 같은 빛을 이용한 광역학 치료물질을 활용하기 위해 표적물질, 치료제, 고분자나 그래핀 등 나노구조체 등 다양한 물질을 이용해 복잡한 제조단계가 필요하다는 문제가 있다. 연구팀은 기존의 다양한 물질을 결합시키는 대신 ‘자기조립 나노 프탈로사이아닌 유도체’(나노PcS)라는 다기능 단일 분자를 만드는데 성공했다. 연구팀은 간암과 자궁암 세포를 생쥐에게 이식시킨 뒤 두 그룹으로 나눠 한 그룹에는 나노PcS만 주입하고 다른 그룹에는 나노PcS에 레이저를 조사하고 관찰했다. 치료물질을 주입한 뒤 20일 동안 레이저를 조사하고 종양의 성장여부를 측정한 결과 치료를 시작한지 6주 이후부터 암 치료효과가 나타나기 시작해 20주까지 암 치료효과가 나타난 것이 관찰됐다. 특히 자궁암보다 간암에서 그 효과가 더 크게 나타났는데 간암의 경우 15주부터 90% 이상 완치효과를 보이는 것이 확인됐다. 윤주영 이화여대 화학나노과학과 교수는 “이번 연구는 광역학 치료제가 생체내 존재하는 혈청 알부민 단백질과 결합해 암세포에만 선택적으로 반응하는 물질을 개발했다는 것”이라며 “추가 연구를 통해 나노물질의 체내 장기전달 효율을 높여 치료효과를 증가시킬 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

디메틸에테르를 석유화학산업 기본물질 전환기술도 개발 지난 여름의 가마솥 더위, 지난해와 올 겨울의 냉장고 추위 원인을 찾아보면 너무도 뻔하지만 온실가스 증가로 인한 지구온난화이다. 국내 연구진이 지구온난화의 주범 이산화탄소를 청정연료와 석유화학 제품 생산 원료로 전환할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 성균관대 화학공학과 배종욱 교수팀은 균일한 기공을 갖고 있는 나노촉매를 이용해 이산화탄소를 석유화학 중간 물질로 전환할 수 있는 화학공정 기반기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학 분야 국제학술지 ‘ACS 촉매’ 최신호에 실렸다. 최근 석유자원 고갈과 지구온난화에 따라 이산화탄소의 효율적 제거나 활용 기술의 필요성이 증가하고 있다. 특히 이산화탄소를 이용해 메탄올, 디메틸에테르 같은 석유화학 원료를 만드는 촉매기술이 연구되고 있지만 효율을 높이는데 한계가 있었다. 연구팀은 알루미늄과 구리 나노물질을 결합시킨 촉매를 개발해 이산화탄소를 디메틸에테르로 전환시킬 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 5~8나노미터의 구멍이 규칙적으로 만들어진 알루미늄이 구리 분자의 안정성을 높여 고온과 고압의 반응조건에서도 촉매가 안정적이고 효율적으로 작동될 수 있도록 했다. 특히 갈륨, 아연 산화물을 추가로 포함시킴으로써 이산화탄소의 디메틸에테르로 전환율이 기존 기술보다 30% 이상 늘어난 것도 확인됐다. 연구팀은 추가로 5~8나노미터 크기의 기공이 있는 알루미늄, 제올라이트 촉매를 만들어 이산화탄소를 이용해 만들어낸 디메틸에테르에서 석유화학 산업에서 기본적으로 활용되는 올레핀, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등을 합성하는 기술도 개발해냈다.배종욱 교수는 “이번 기술은 이산화탄소 저감은 물론 지속가능한 석유대체 자원의 효과적 활용 방법이 될 수 있을 것”이라며 “이산화탄소 수소화 반응으로 청정연료인 디메틸에테르를 만들어 내는 반응은 셰일가스나 제철소에서 발생하는 부생가스를 고부가가치를 가진 에너지원으로 전환시키는데도 도움을 줄 수 있을 것으로 본다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영남대 기계공학부 변정훈(39) 교수와 약학부 김종오(43), 용철순(62) 교수가 기계공학과 약학 분야 융합 연구를 통해 암 치료에 적용 가능한 기반 기술을 개발했다. 이번 연구는 영남대 공동 연구를 통해 진행됐다. 연구팀은 지난해 학문간 융합 연구를 통해 약물 제조 신기술을 개발해 학계로부터 크게 주목받은 바 있다. 이번에 게재된 논문은 그 후속 연구 성과다. 영남대 연구팀은 이번에 세계 최초로 에어로졸 연속공정(Aerosol Continuous Process, 기체 공정을 통한 흑린의 연속적 나노화)을 통해 흑린(Black Phosphorus) 나노화(Nanorization, 나노미터 크기로 미립화)를 구현했다. 암 치료에 최적화된 흑린 제조 기술 개발에 성공한 것이다. 변정훈 교수는 “이번 연구에서 기존의 복잡하고, 유해한 나노화 공정을 대체함과 동시에 균일한 형태로 연속제조가 가능한 플랫폼을 제안했다”면서 “나노화된 흑린을 화학-온열면역치료용 나노물질의 기반소재로 적용해 직장암 치료의 효율성을 높일 수 있다”고 연구 성과를 밝혔다. 최근 20년간 다중적 암치료(화학, 면역 등의 기능이 동시에 적용된 복합적 치료 기법)를 위한 자극반응형(Stimuli-Responsive) 생기능성 나노물질의 연구개발이 활발히 이루어져 왔다. 하지만 이러한 나노물질은 체외 배출 및 분해, 부작용, 독성 등의 문제점을 갖고 있다. 흑린은 체내 생분해가 가능하고, 독성이 낮아 다중적 암치료를 위한 기반물질로 주목받고 있다. 김종오 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 기술이 인체의 구성요소 중 하나인 ‘인’을 기반으로, 안전하고 효과적인 암치료용 나노물질을 제조할 수 있는 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”면서 “인체 친화적인 암치료 물질을 설계하고 적용할 수 있는 ‘에어로졸 기반의 가변형 나노의약 제조’에 대한 후속 연구를 진행해 나노의약의 실용화에 기여하고 싶다”고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 선도연구센터(MRC) 지원으로 이뤄졌으며, ‘플러그-앤-플레이 에어로졸 나노화 기법으로 제조된 흑린을 이용한 직장암의 다중적 치료 적용(Plug-and-Play Nanorization of Coarse Black Phosphorus for Targeted Chemo-photoimmunotherapy of Colorectal Cancer)’이라는 제목의 논문으로 미국화학회가 발행하는 세계적인 학술지 ‘ACS Nano’(영향력지수(IF) 13.709) 최신호에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

국내 연구진이 암 세포까지 항암제를 손실없이 갖고 이동한 뒤 정확히 치료하는 일종의 ‘나노 항암제 폭탄’ 기술을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 유자형, 김채규 교수와 생명과학부 강세병 교수 공동연구팀은 항암제를 암세포까지 손실없이 이동시켜 정확히 치료할 수 있는 약물 전달체 플랫폼 기술을 개발했다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 1일자에 실렸다. 약물 전달체는 치료제를 담아 표적으로 삼은 세포에 전달하는 물질이다. 나노기술을 이용한 약물 전달체는 지금까지도 많이 개발됐지만 실제 치료효과는 기대만큼 크지 않았다. 나노 약물 전달체를 암이 생긴 생쥐에게 주사했을 때 100개 중 7개 정도만 암세포로 도달한다는 연구결과들이 보고된 것만 봐도 알 수 있다. 이런 낮은 효율은 ‘단백질 코로나 현상’ 때문이다. 단백질 코로나 물질은 일단 나노 전달체를 주입하면 몸 속에 있는 수많은 단백질이 약물 전달체에 달라붙으면서 움직임이 둔해져 암세포에 도달하기도 어렵고 도달한 다음에도 약물을 내보내기 어려워지고 심지어는 다른 정상적인 조직에 영향을 미쳐 독성이 생기는 부작용까지 보이기도 한다. 연구팀은 체내 다른 단백질들과는 상호작용을 하지 않는 부분과 특정 유전자 서열에 따라 달라 붇는 기능성 부분으로 이뤄지는 재조합 단백질을 만들었다. 항암 나노입자를 이 재조합 단백질로 둘러싸 다른 단백질과는 결합하지 않는 대신 암 조직까지 정확히 찾아갈 수 있도록 한 것이다.연구팀은 실제 생체환경에서도 작동하는지 알아보기 위해 생체와 유사한 실험환경을 만들어 재조합 단백질 결합 나노항암제를 담가두고 관찰하면서 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석했다. 그 결과 단백질 보호막이 외부 단백질을 효과적으로 막아 기존 나노항암제보다 효율이 10배 이상 높아진 것으로 확인됐다. 이와 함께 암을 유발시킨 생쥐에게 새로운 나노단백질 항암제 폭탄을 주입한 결과 기존 약물 전달체보다 암세포를 더 잘 공격하면서도 나노물질이 정상 조직에 쌓여 드러내는 ‘나노 독성’도 적은 것으로 밝혀졌다. 유자형 자연과학부 교수는 “이번 연구결과는 새로운 포적 지향형 약물 전달 시스템 원천기술을 확보했다는 의미를 갖고 암 치료 뿐만 아니라 다양한 질병의 진단과 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”며 “앞으로 재조합 단백질 설계를 다르게 하며 다양한 역할을 수행할 플랫폼을 개발할 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr