나노기술 및 정책 정보

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원자력은 현재 제일 성숙되고 환경 친화적인 에너지 중의 하나며, 원전 산업의 연료로서 육상 우라늄 광산의 우라늄 자원은 한 세기밖에 버티지 못할 것으로 추정됨.

반면 해수 속의 우라늄 총 매장량은 약 45억 톤으로, 우라늄 함유량은 육지의 우라늄 광석에 비해 1,000배나 많을 것으로 추정되며, 수천 년 동안 원자력 발전 공급이 가능할 것으로 전망됨.

해양 우라늄 자원을 효율적으로 이용하는 방법은 우라늄 공급 문제를 해결할 수 있는 효과적인 방법이지만 해수 중의 복잡한 금속 이온 간섭과 심각한 해양 생물 오염 때문에 해수 속에서의 우라늄 추출은 줄곧 큰 도전에 직면하여 있는 상황임.

최근 DNA 효소는 특정 금속 이온에 대해 높은 선택성을 보이고 있는 것으로 나타났으나 해수 속에서 가용성 광물질을 추출할 수 있는 DNA에 기반한 흡착 소재는 아직 없음.

중국 하이난(海南, 해남) 대학교 왕닝(王寧, 왕녕) 교수 연구팀은 DNA 효소에서 나온 DNA 사슬을 우라늄 아세트와 결합하여 하이드로겔(DNA-UEH)로 중합하여 6.66mg/g에 달하는 높은 우라늄 흡착 능력을 보였음.

연구팀은 우라늄이 인산염 기능 그룹과 카르복실기의 산소 원자에 의해 속박을 받게 되는 특정 DNA 나노 팩(nano pack)을 형성하는 점을 발견하였음. 동 구조는 DNA-UEH로 하여금 높은 선택성과 친화력을 가지도록 함.

연구팀은 해수 속에서 우라늄을 추출할 수 있는 흡착 소재를 개발하여 해수 속에서 높은 가치의 가용성 광물질을 회수할 때 DNA를 응용할 수 있는 범위를 확장켰음.

우라늄에 대해 선택성 추출을 실행할 수 있는 흡착 소재를 개발하기 위해 연구팀은 DNA 효소를 기반으로 한 DNA 사슬을 통해 우라늄 아세트 이온에 대해 높은 선택성을 가지는 DNA–UEH 하이드로겔을 합성하였음.

연구팀이 선정하고 사용한 탈산소 핵당(核糖) 핵산(核酸) 효소는 우라늄 아세트 이온에 대해 매우 높은 선택성을 가지며 해양 환경 속의 다양한 간섭 이온에 저항하기 때문에 동 하이드로겔은 천연 해수 속에서 우라늄 자원을 추출하는데 유리함.

DNA-UEH 하이드로겔이 건조한 상태에서 꽃 모양의 구조를 가지고 있는 것으로, DNA-UEH 하이드로겔은 비교적 높은 인장 성능을 보이며 길이는 5배 이상으로 늘릴 수 있음.

연구팀이 개발한 DNA-UHE 하이드로겔의 우수한 기계 성능은 실제 흡착 소재로 응용하는 과정에서 반복 사용을 할 수 있으며, 우수한 내구성을 가짐.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("DNA nano-pocket for ultra-selective uranyl extraction from seawater") 지에 게재됨.