국내연구진, 박테리아와 바이러스에 치명적인 은나노복합체 개발

영국 왕립화학회 출판 세계적 국제학술지 표지 논문 발표

 

은 나노입자를 마이크론 크기의 자성복합체 위에 3차원 구조로 고정시켜 유해 미생물에 치명적인 피해를 가하는 은나노복합체 소재가 국내 융합연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 분자인식연구센터 우경자 박사팀과 서울대학교 보건대학원 고광표 교수팀이 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 나노·소재 기술개발사업 및 KIST 기관고유사업의 일환으로 수행됐다.

관련 내용은 영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지인 ‘Journal of Materials Chemistry B’ 제1권 21호의 표지 (front cover) 논문으로 선정(5월 8일 온라인 게재)됐고 6월 7일 출판 예정이다. 논문명은 ‘Magnetic hybrid colloids decorated with Ag nanoparticles bite away bacteria and chemisorb viruses’이다.

SARS와 조류 독감, 집단 식중독 등 각종 바이러스에 의한 발병이 급증하면서 나노소재를 유해 미생물 제거에 이용하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

은 나노입자는 유해 미생물에 대해 우수한 효용을 나타내지만, 외부로 유실되면 생명체에 독성을 나타낼 수 있다. 은 나노입자는 작을수록 독성이 심하며, 입자와 이온이 모두 효용을 나타낸다.

따라서 은 나노입자를 이용한 유해 미생물 제거 연구는 20 nm 이하의 단위 나노입자에 집중되어 있고, 단위 나노입자를 사용하는 한 외부로의 유실 문제를 근본적으로 해결할 수 없다.

핵심 돌파구는 자성 마이크론소재에 은 나노입자를 견고하게 결합하여 회수와 분산성을 확보함으로써 환경오염은 줄이고, 노출된 나노입자 표면이 유해 미생물에 직접 작용하게 하는 것이다.

우경자 박사와 고광표 교수팀은 자성이 있는 마이크론 크기의 구형 소재 위에 핵과 핵을 떠받치는 기둥을 함께 감싸는 견고한 3차원 구조로 고정된 은나노복합체 소재를 개발하고, 유해 미생물 제거 효과 및 그 메커니즘을 밝혀냈다.

교수팀은 자성 마이크론소재 표면에 많은 팔들을 만들고, 팔 끝에 은으로 된 핵(1~3 nm)을 매단 후, 이 핵들을 적정 크기로 뭉쳐서 간격을 재배치했다.

이후 재배치된 핵과 팔을 함께 감싸는 은 나노입자를 고정시켜 견고한 3차원 구조의 은나노복합체 소재를 완성했다. 복합체 표면은 은 나노입자와 이온이 상보적으로 덮고 있는 독특한 구조이며 항균, 항바이러스 작용에 시너지 효과를 줄 것으로 예측했다.

개발된 소재를 박테리아(E. coli CN13: 그람-음성 박테리아로 직경×길이가 1㎛×2㎛ 크기의 막대 모양임)와 바이러스( Bacteriophage MS2: 식물성 RNA 바이러스의 일종으로 직경 27.5 nm의 구형 모양임) 제거 실험에 적용하여 각각 99.9999%와 99% 이상의 제거율을 기록했다.

복합체 위에 고정된 은 나노입자가 이빨과 같은 역할을 하여 접촉하는 박테리아를 물어뜯고, 표면의 은 나노입자와 이온이 바이러스를 흡착하여 치명적 효과를 주는 것을 전자현미경으로 관찰했다.

KIST 우경자 박사는 “이번 연구를 통해 새로운 구조의 나노복합 소재를 개발해 원천기술 확보와 그린환경 구축, 삶의 질 향상의 토대를 마련했다”고 연구의의를 밝혔다.