KAIST, 생체모방 신소재 금속필름 개발 "인공장기·수소생산 활용"

▲KAIST 장재범·김일두 교수팀의 세포외기질 기반 전기전도성 필름 연구 개념도가 그려진 어드밴스드 사이언스 표지 모습

[에너지경제신문 김철훈 기자] 그동안 생체 구조체를 형틀로 삼아 다양한 생체 모방 재료를 합성하는 ‘생체 형틀법’ 연구가 활발하게 이뤄져 왔다. 생체 형틀법은 에너지, 광학, 마이크로로봇, 의료 분야 등에 응용돼 왔으며, 특히 생체 모방 재료라 인체 내 활용이 용이해 인공장기나 상처치유 분야에서 많이 연구돼 왔다.

KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 장재범·김일두 교수 연구팀이 생체 형틀법을 이용해 ‘세포외 기질’을 구성하는 여러 단백질 중 특정 단백질 구조체를 모방한 금속 필름을 합성하고 전기 전달 특성을 확인하는데 성공했다고 16일 밝혔다.

세포외 기질은 세포 밖 세포와 조직 사이 공간에 존재하면서 세포를 보호하고 지탱하는 역할을 하는 3차원의 망 구조체로, 다양한 단백질로 구성돼 있다.

이 단백질 구조체를 원하는 형태로 변형해 다양한 구조의 재료를 합성할 수 있지만 현재까지 관련 연구는 많지 않다.

앞서 연구팀은 지난해 면역 항체를 활용한 신개념 생체 형틀법인 ‘항체 유도 생체 형틀‘을 개발해 최초로 다세포 생물 내부에 있는 특정 단백질 구조체를 모방한 금속 구조체를 합성하는 데 성공했다.

이번 연구는 이전 연구를 세포외 기질로 확장, 세포를 지탱하는 구조체를 구성하는 단백질 중 피브로넥틴을 표적 단백질로 삼아 그물형 금속 필름 제작에 성공했다.

연구팀은 여기서 더 나아가 합성한 그물형 금속 필름에 추가 처리를 통해 금속을 통한 전기 전달이 가능하도록 만들었다.

이를 기반으로 물을 전기 분해해 수소를 생산하거나 또는 수소와 금속간 화학적 반응을 통해 수소를 검출할 수 있는 센서로 활용할 수 있다.

특히, 이 기술은 다양한 생물의 세포외 기질에도 적용 가능할 것으로 예상돼 더 큰 규모나 더 복잡한 생체 모방 재료 합성도 가능할 것으로 기대된다.

또한 원하는 형태로 세포외 기질을 패턴화 및 정렬함으로써 전기 회로 제작도 가능할 것으로 전망된다.

이번 연구는 한국연구재단 과학난제도전 융합연구개발사업, 웨어러블 플랫폼소재 기술센터, 우수신진연구사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

KAIST 신소재공학과 송창우 박사과정, 안재완 박사가 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 국제학술지 ’어드밴스드 사이언스‘의 전면 표지논문으로 선정됐다.

제1저자인 송창우 박사과정은 "이번 연구는 기존에 개발한 항체 유도 생체 형틀법을 세포외 기질로 확장함으로써 합성된 생체 모방 재료가 더 다양한 분야에 활용 가능하다는 것을 보였다"며 "이를 기반으로 조직 수준의 세포외 기질 및 원하는 형태로 변형된 세포외 기질을 이용해 조직 공학 및 생체 조직 제조로 활용 범주를 넓힐 수 있을 것"이라고 말했다.

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