연구성과
POSTECH 김동성 교수팀, 생체모사 나노섬유 막 제작 기술 개발
“예뻐지기 위해 널 다치게 할 수 없어.”(화장품 브랜드 B 광고문구)
최근 동물실험의 참혹한 장면들이 동물보호단체 등을 통해 공개되며 동물실험에 대한 찬반 여론이 나뉘고 있다. 특히 학계에서도 살아있는 동물의 사용을 가급적 피하도록 하는 방향으로 전환하려 하지만 뚜렷한 대안 역시 없는 상태로 약물 개발을 위한 동물․임상실험은 계속되고 있는 상태다.
지난 4월 11일, 화장품에 대한 ‘동물실험 금지’ 법안 발의가 예정된 가운데, 이러한 동물실험을 대체할 수 있는 원천기술이 같은 날 발표됐다.
POSTECH 기계공학과 김동성 교수․박사과정 박상민씨 팀은 생체 내 구조를 모사한 3차원 곡면 위의 나노섬유 멤브레인(membrane)*1을 칩 위에 만드는 원천기술을 개발, 재료과학분야 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’를 통해 발표했다.
속표지논문(Inside Cover)으로 선정되며 학계의 관심을 그대로 증명한 이 연구성과는 아주 간단한 공정을 통해 생체 적합 고분자로 나노섬유 투과막을 만들 수 있어 동물실험이나 임상실험을 대체할 바이오칩에 활용될 수 있을 것으로 기대를 모은다.
동물실험이나 임상실험은 여전히 비용적인 면은 물론 윤리적인 문제 때문에 논란의 대상이 되고 있다. 이를 대체하기 위해 인체 내 기관을 모사한 바이오칩이 대안으로 떠오르고 있지만, 인체는 기계보다 훨씬 더 복잡한 구조로 이루어져 있어 이에 대한 연구는 아직 미진한 수준이다.
특히 폐, 신장, 피부 등에 있는 기저막*2은 영양 공급과 물질 투과를 담당하는, 나노섬유가 복잡하게 얽힌 투과막으로 되어 있다. 이런 투과막은 기존의 나노기술로 모사해내기에는 한계가 있었다.
또 생체기관은 평면이 아니라 3차원 구조를 가지고 있어 생체와 비슷한 효과를 가진 바이오칩 개발을 위해서는 3차원 곡면 위에 나노섬유 막을 만들 수 있어야 할 필요성이 있었다.
연구팀은 지금까지 나노섬유를 만들어온 전기방사법을 응용했다. 전기방사법은 정전기를 이용해 고분자를 순간적으로 섬유형태로 방사하는 제작방식으로, 전해질 용액을 접지전극*3으로 이용, 이 전해질 용액에 나노섬유가 쌓이도록 했다. 전해질 용액이 가지는 특성 때문에 평면 뿐 아니라, 우리 몸 속 기저막과 같이 복잡한 형태를 가진 3차원 구조의 막도 쉽게 구현할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다.
특히 이 기술은 생체 고분자인 콜라겐, 젤라틴이나 백금 등 여러 물질을 응용할 수 있어 동물실험을 대체할 상대적으로 저렴한 바이오칩에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
뿐만 아니라 공정조건만 변화시키면 두께나 투과성도 조절할 수 있어 맞춤형 투과막도 만들 수 있다는 장점을 가지고 있어 나노입자 필터나 센서, 촉매와 배터리 등 폭넓게 응용될 것으로 보인다.
연구를 주도한 김동성 교수는 “이 기술은 나노섬유 투과막을 3차원 곡면 위에 복잡한 공정 없이 간단하게 구현하는 한편, 그 형태도 3차원으로 끌어올린 원천기술”이라며 “학계로부터 ‘의생명 및 산업용 장치 개발에 새로운 지평을 열 것’이란 평가를 받고 있다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 기초연구사업(중견연구자, 선도연구센터)과 첨단융합기술개발사업(생체모사형 메카트로닉스 융합기술개발사업)의 지원으로 수행됐다.
1. 멤브레인
1. 멤브레인
특정물질을 선택적으로 투과시키는 수많은 구멍을 가진 막
2. 기저막
2. 기저막
상피 조직 아래 표피와 진피의 경계면에 있는 막으로, 나노섬유가 서로 얽혀진 막으로 영양을 공급하는 기지 역할을 한다.
3. 접지전극
3. 접지전극
전원의 음극이 연결된 전극으로 전기방사중 전하를 가진 나노섬유가 쌓이는 곳
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