KAIST, 친환경·단순공정 사용 '무기 나노재료' 합성법 총정리

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구팀이 생물학적으로 합성된 무기 나노재료의 종류와 응용을 총망라해 최신 연구내용과 흐름을 한눈에 파악하도록 전략을 정리했다.

생물학적 무기 나노재료 합성법은 친환경적이면서 단순 공정을 사용한다는 점에서 경제적 효과를 비롯해 촉매, 에너지 수확·저장, 전자기기, 항균물질, 바이오 의료 분야 등에 활용할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

네이처 리뷰 케미스트리 표지.(자료=한국과학기술원)

한국과학기술원(KAIST)은 이상엽 생명화학공학과 특훈교수 연구팀이 ‘미생물과 박테리오파지를 이용한 생물학적 무기 나노재료의 합성 및 응용’ 논문을 발표했다고 4일 밝혔다.

금속 물질 등이 주된 무기 나노재료는 물리·화학적 합성법들에 따라 얻을 수 있다. 온도나 압력이 높을 때 반응이 이뤄지고, 독성이 있는 유기용매와 비싼 촉매를 사용한다는 점에서 환경오염 문제를 유발할 수 있다.

연구팀은 미생물과 박테리오파지를 이용해 55개 주기율표 원소 기반으로 하나 또는 두 가지 원소를 조합해 146개의 무기 나노재료가 생물학적으로 합성이 가능하다는 사실을 정리했다.

생물학적 무기 나노재료 합성에는 박테리아, 곰팡이, 조류, 박테리오파지가 주로 이용된다. 이들 합성 메커니즘에는 효소·비효소 단백질, 펩타이드, 전자 수송경로의 구성 요소가 역할을 담당한다.

연구팀은 유전적으로 조작된 미생물과 박테리오파지들을 이용하면 생물학적 무기 나노재료의 합성 수율을 높일 수 있다고 분석했다. 유전적으로 조작한 미생물들은 무기 이온에 대한 결합력을 높이고, 무기 이온의 생물학적 환원을 증가시킨다. 무기 이온의 생물체에 대한 독성을 줄이기 위한 전략으로도 도입된다.

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

연구팀은 생물학적 나노재료 합성 시 고려해야 하는 사항을 정리한 10단계의 흐름도도 제시했다.

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

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 리뷰 케미스트리(Nature Reviews Chemistry)’에 12월호 표지논문으로 게재됐다.