◆ 미래사회 선도하는 지스트 ◆



◆ 유해물질 감지하는 컬러센터 개발

송영민 교수(전기전자컴퓨터공학부)와 오진우 부산대 교수가 참여한 연구팀이 코로나19 등 감염병 대응 정책에 부합하는 환경호르몬, 화학약품 등 유해물질 감지를 위한 바이러스 기반 컬러센서를 개발했다. 컬러센서는 화학원소 또는 화합물을 색 변화를 통해 감지하는 센서를 말한다.

매우 작은 유해 입자를 감지할 수 있고 직관적으로 관찰할 수 있는 컬러센서는 단순히 색 변화를 통해 유해물질 감지가 가능하다. 휴대용 스마트 기기와 연동하면 실생활에서도 손쉽게 활용 가능하고 작동을 위한 별도 에너지가 필요하지 않아 차세대 유해환경 감지 센서가 될 것으로 기대된다.
연구팀은 컬러센서의 실용 가능성을 높이기 위해 `M13 박테리오파지 바이러스`(미국 식품의약국에서 승인받은 인체에 무해한 바이러스로 유해물질이 침투하면 팽창하는 것이 특징)를 얇게 코팅해 기존보다 2.5배가량 빠른 반응 속도를 구현했다.

송 교수는 "나노미터(㎚) 수준의 섬유형 바이러스를 적용해 유해물질과 컬러센서 간 결합을 유도했고 광학 설계를 통해 직관적으로 유해물질을 감지할 수 있게 됐다"고 말했다.

◆ 암세포 표적 펩타이드 운반체 발굴

김재일·남정석 교수(생명과학부) 공동 연구팀은 신규 펩타이드 리간드(AGM-330)가 암세포 표면에 과발현되는 단백질인 뉴클레오린(NCL)에 특이적으로 결합하는 것을 확인했다. 신규 펩타이드 리간드는 정상 세포에는 작용하지 않지만 종양 세포에 특이적으로 결합하는 성격을 지녔다.

연구팀은 사람의 유방암이 유도된 동물 모델에서 항암제인 파클리탁셀(PTX)과 함께 신규 펩타이드 리간드를 투여했을 때 파클리탁셀 단독 처리군보다 종양 억제 효과가 매우 뛰어난 것을 확인했다. 이에 따라 신규 펩타이드 리간드는 항암제의 효능을 증진시키는 운반체로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 여기에 난용성 항암제인 파클리탁셀은 계면활성제와 같은 독성을 가진 제제와 함께 사용되지만 신규 펩타이드 리간드를 연결하면 파클리탁셀의 물에 대한 용해도가 개선돼 독성 제제를 사용할 필요가 없다.

따라서 신규 펩타이드 리간드는 항암제 자체 독성뿐 아니라 독성 제제로 인한 부작용도 감소시킬 수 있다. 김 교수는 "이번 연구는 AGM-330이 암세포에 특이적으로 결합하는 것을 확인했다는 데 큰 의미가 있다"고 말했다.

◆ 몸속 의료기기 전력 공급하는 LED 패치

이종호 교수(기계공학부) 연구팀은 피부에 부착해 인체 내 삽입형 의료기기에 전력을 전송할 수 있는 `마이크로 LED 패치`를 개발했다.

최근 인체 삽입 의료기기의 전력량 부족 문제를 해결하기 위해 주변 빛을 흡수해 발전할 수 있는 인체 삽입 태양전지에 대한 연구가 진행 중이지만 실내, 야간, 옷 등 주변 환경에 의해 충분히 전력을 생산할 수 없다는 한계가 있다.

마이크로 LED 패치는 피부에 부착해 태양전지가 통합된 인체 삽입 기기에 충분히 전력을 공급할 수 있다. 동물시험에서는 LED 패치가 0.11㎠ 면적의 태양전지에 8.2마이크로와트(㎼) 전력을 공급할 수 있다는 결과가 나왔다. 이는 이미 상용된 일부 심박 조율기(소비전력 1~10㎼)를 구동할 수 있는 전력이다.

연구팀은 생체 조직 투과율이 높은 적색 마이크로 LED 빛을 사용해 시중에서 쉽게 구할 수 있는 건전지를 이용했다. 패치에서 발생시킨 빛은 생체 조직을 투과하고 태양전지에 도달해 광전류를 생성시킨다.

또 피부 부착 시 발생할 수 있는 이물감, 화상, 땀 문제를 해결하기 위해 얇은 필름(두께 1㎜)과 유연한 연결선을 사용했고 땀구멍을 내 반복적으로 구부려도 파손되지 않도록 설계했다. 이 교수는 "안정적인 전력 공급을 통해 수명 연장과 삶의 질을 높일 수 있는 다기능 고성능 삽입용 헬스케어 기기 개발뿐만 아니라 마이크로 LED 패치는 피부에 부착해 치료·미용 용도로도 활용 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

◆ 염색 폐수 처리 특화된 `나노 여과 분리막`

김인수 교수(지구·환경공학부) 연구팀은 전기 분무 시간에 따라 분리막의 활성층 두께를 조절함으로써 염색 폐수 처리에 특화된 나노 여과 분리막을 개발했다. 연구팀은 얇으며 두께 조절이 가능한 활성층 제조를 위해 전기 분무 계면중합법을 이용해 나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m) 단위로 활성층 두께를 제어했다.

제조된 수처리 분리막의 수투과도는 20.2LMH/bar(시간당 분리막 면적당 투과량)로 초과 투과성을 갖춘 동시에 99% 이상 염료는 제거했고 무기염 투과율은 93% 성능을 보였다.



분리막의 오염 방지 성능은 친수화도(물 분자와 결합되는 정도)와 표면 거칠기 및 제타 전위(입자 사이의 반발력)에 의해 결정된다.

전기 분무 계면중합법으로 제조된 폐수 처리 분리막은 기존 상용 분리막보다 향상된 친수화도로 오염물질이 쉽게 분리막 표면에 부착되지 못해 오염 방지 성능 지표인 수투과도 회수율이 기존보다 30% 이상 향상됐다.

기존 나노 여과 분리막은 염료와 무기질을 동시에 제거하기 때문에 무기염의 재활용이 불가능했고 삼투압을 높여 운전 에너지 소비를 증가시킨 단점이 있었다. 김 교수는 "이번 연구에서 개발된 분리막은 염료를 확실히 제거하고 고농도 무기염은 회수함으로써 염색 폐수 처리 비용 및 염색 비용을 절감할 수 있다"고 말했다.

[박진주 기자]
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