스킵네비게이션

○ 강 연 일 : 2019년 7월 19일(금)

○ 강 연 자 : 오 진 우교수(부산대학교, 나노에너지공학과, 기능성바이오물질연구실)

그림 1 칠면조의 피부색이 나타나는 원리 ? 규칙적인 콜라겐 다발의 정렬 구조

그림 2 바이러스를 이용한 전자코의 개념도 ? 다양한 물질을 감지하는 고감도 센서

○ 연구배경

자연은 수십억년에 달하는 오랜 시간에 걸쳐 진화라는 방법을 통해 다양한 기능성 나노 구조체를 만들어 왔다. 때로는 자연의 나노구조체가 인간이 첨단 기술을 통해 제조한 나노 구조체보다 훨씬 뛰어난 성능을 발휘하는 경우도 있다. 예를 들면 전복의 단단한 외피는 특수한 나노 구조체로 이루어져 있으며 거미 불가사리는 칼슘으로 이루어진 렌즈를 이용해 빛을 모으는 능력이 있다. 또한 많은 새들이 깃털이나 피부 내에 아름다운 색깔을 나타내는 단백질 구조체를 가지고 있다. 심지어 특정 나비류는 이러한 색깔을 이용해 상호간에 의사소통을 할 수 있는 것으로도 알려지고 있다. 이에 따라 최근에는 자연이 만들어낸 기능성 나노 구조를 모방하여 높은 성능을 발휘하는 새로운 물질과 소자를 제조하기 위한 연구가 국내외에서 활발하게 진행되고 있다.

많은 사람들은 바이러스를 위험한 유해 물질로 인식하는 경향이 있으나, 인체에 무해한 바이러스를 잘 활용하면 현재 사용되는 물질들의 한계를 극복할 수 있는 차세대 신물질이 될 수 있다. 그러한 의미에서 M13 박테리오파지는 바이러스의 일종이지만 특정 대장균에만 감염되며 인체에는 완벽하게 무해한 물질이며 소재로써 좋은 기능을 많이 가지고 있는 유용한 물질이다. M13 박테리오파지의 기능을 잘 활용하면 자연의 복잡한 나노 구조를 쉽게 모방하여 제조할 수 있는 가능성을 열 수 있다.

○ 강연 소개  

M13 박테리오파지는 길이 880nm, 지름 6.6nm의 일정한 크기와 특성을 가지는 바이오 물질로써 특정 대장균에만 감염되며 미 식약청 FDA의 승인을 받은, 인체에는 무해한 물질이다. 또한 간단한 유전자 조작을 통해 여러 가지 기능성 화학 구조를 표면에 발현 시킬 수 있다. M13 박테리오파지는 대장균에 의해 합성되며 대장균은 인간이 만든 그 어떤 제조 공장보다 훨씬 정밀한 물질 제조 공장이다. 일반적인 고분자는 그 크기와 기능이 완벽하게 균일하게 제조하는 것이 불가능 하다는 단점이 있으나, M13 박테리오파지는 거의 완벽하게 균일한 모양과 기능의 물질이 대량으로 합성 될 수 있다. 또한 M13 박테리오파지는 우수한 자기 조립 특성을 가지고 있어 다양한 나노구조체를 쉽게 제작 할 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점에 힘입어 M13 박테리오파지는 양자점 정렬, 반도체 물질 합성, 태양전지, 리튬이온 배터리, 암세포 진단 등의 다양한 분야에 적용되어 왔다.

특히 최근 많은 연구가 이루어지고 있는 분야는 M13 박테리오파지의 자기 조립 및 그 구조체에 관한 것으로 이번 세미나에서는 M13 박테리오파지의 자기 조립을 통해 제조한 컬러 센서(전자 코)에 관해 중점적으로 소개하고자 한다. 이 연구는 칠면조의 피부색에서 영감을 얻어 시작되었다. 칠면조의 피부 내에는 규칙적으로 정렬된 콜라겐 다발이 존재하는데, 이로 인해 칠면조는 다양한 피부색을 가질 수 있게 된다. 칠면조 피부 내의 콜라겐 구조체와 유사한 구조를 제조하고자 M13 박테리오파지와 자기 조립법을 도입했다. 자기 조립을 통해 정렬된 M13 박테리오파지 박막은 다양한 색깔을 나타낼 수 있다. 이렇게 제조한 박막이 외부 화학물질에 노출되면 색깔의 변화가 생기고, 이를 분석하여 화학물질의 종류와 양을 특정할 수 있다. 더 나아가 원하는 감지 대상 물질에 효과적으로 결합할 수 있는 기능성 M13 박테리오파지를 이용하면 암세포, 항생제, 환경호르몬, 폭발물 등 특정 화학물질에 대해 높은 선택성과 민감도를 가지는 센서를 제조하는 것이 가능하다.

○ 연구팀 및 연구 소개

기능성 바이오 물질 연구실은 오진우 교수와 박사 후 연구원 4명, 연구원 5명, 박사과정 7명, 석사과정 2명, 학부연구생 4명으로 구성되어 있다. 본 연구팀은 현재 미래소재디스커버리 사업을 총괄 책임으로써 수행 중에 있으며 이외에 한국연구재단, 국방부, 농림축산식품부, 보건복지부 사업의 연구를 수행 중에 있다. 이외에도 최근 5년간 식품의약품안전평가원, 한국환경산업기술원, 농림축산식품부 사업의 연구를 성공적으로 수행한 바 있다. 또한 과학의 대중화를 위해 일반인을 대상으로 하는 다양한 행사(나노코리아 public sesstion, 자유학기제 등)에 적극 참여하고 있으며 중고등학생 및 대학 학부 학생들로 하여금 실험실 견학 및 인턴제를 자유롭게 경험할 수 있도록 적극 지원하고 있다. 연구적으로는 지금까지 100여편의 국제 학술 논문을 발표하였으며 30여건의 국내/국제 특허를 출원 및 등록 하는 등 활발한 연구 활동을 수행 중에 있다.