나노기술 및 정책 정보

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국내 연구진이 생물학적으로 합성된 무기물 나노재료의 종류와 응용을 총망라해 최신의 연구내용과 흐름을 한눈에 파악할 수 있도록 전략을 정리했음. 연구진은 생물학적 무기 나노재료 합성법이 친환경적이며 단순한 공정으로 경제적인 효과를 거둘 수 있을 것이라고 전망했음. 또한 생물학적 무기물 나노재료의 높은 생체 적합성을 장점으로 촉매, 에너지 수확 및 저장, 전자기기, 항균물질, 바이오 의료 분야 등 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있음.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이상엽 특훈교수팀이 '미생물과 박테리오파지를 이용한 생물학적 무기 나노재료의 합성 및 응용' 논문을 발표했다고 4일 밝혔음.

이상엽 교수는 "생물학적 나노재료들이 추후 바이오 의료 분야의 재료, 바이오 전자기기, 친환경 화학물질 생산 등에 새롭게 적용될 수 있을 것"이라고 말했음.

연구진은 미생물과 박테리오파지를 이용해 55개 주기율표 원소를 기반으로 단일 또는 두 가지 원소를 조합해 146개의 무기 나노재료가 생물학적으로 합성 가능하다는 것을 밝혔음.

생물학적 무기 나노재료 합성에는 박테리아, 곰팡이, 조류, 박테리오파지가 주로 이용됨을 정리했음. 이들의 합성 메커니즘에는 효소·비효소 단백질, 펩타이드, 전자 수송경로의 구성 요소 등이 주요 역할을 담당하고 있음.

특히 연구진은 "유전적으로 조작된 미생물과 박테리오파지들을 이용하면 생물학적 무기 나노재료의 합성 수율을 높일 수 있다"고 밝혔음. 유전적으로 조작된 미생물들은 무기 이온에 대한 결합력을 높이고 무기 이온의 생물학적 환원을 증가시키는 한편 무기 이온의 생물체에 대한 독성을 줄이기 위한 전략으로도 도입됨.

이번 연구에는 미생물과 박테리오파지를 이용한 무기 나노재료의 생산 가능성과 크기, 모양, 결정성을 조절하기 위한 전략들이 포함됐음.

연구진은 결정질 무기 나노재료를 생물학적으로 합성하기 위해 물질의 열역학적 안정성을 나타내주는 푸베이 다이어그램 분석을 활용한 전략도 제시했음.

또한 연구진은 생물학적 나노재료의 합성 시 고려해야 하는 사항을 정리한 10단계의 흐름도를 제시했음. 현재 생물학적으로 합성된 무기 나노재료들은 촉매, 에너지 수확 및 저장, 전자기기, 항균물질, 의생명 분야의 응용에 적용됐음.

이번 논문은 KAIST 생명화학공학과 최유진 박사가 제1 저자로 참여했음.

한편, 금속 물질 등이 주된 무기 나노재료(inorganic nanomaterial)는 물리·화학적 합성법에 따라 얻어짐. 이 나노재료는 고온·고압의 조건에서 반응이 이뤄지고, 유독한 유기용매 및 고액의 촉매가 필요해 환경오염의 문제를 일으키는 단점이 있음.

본 연구 성과는 ‘Nature Review Chemistry’ 지의 표지논문으로 게재됨.