[위즈뉴스] 코로나19로 인한 팬데믹 현상은 신종 바이러스나 약물에 내성을 가진 박테리아 등 새로운 병원체에 대한 두려움을 안겨주고 있다.
최근 국내 연구진이 초소형 입자(100nm 이하)인 나노 소재 표면의 미세구조를 제어함으로써 항생제 내성 박테리아를 제거하는 기술을 개발해 주목받고 있다.
POSTECH(포항공과대학교)은 4일, 화학과 이인수 교수와 아미트 쿠마 (Amit Kumar) 연구교수, 니티 쿠마리(Nitee Kumari) 박사로 구성된 연구팀이 UNIST(울산과학기술원) 생명공학과 조윤경 교수와 수미트 쿠마(Sumit Kumar) 박사 연구팀과 공동연구를 통해 고효율 자기 촉매 플랫폼으로 혼합된 FeCo-산화물 기반의 거친 표면질감 나노구조체(MTex)를 개발했다고 밝혔다.
이번 연구결과를 담은 논문은 SCI급 저명 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters, IF=11.238)’ 지난해 12월 11일자에 게재됐다.
논문명은 'Surface-Textured Mixed-Metal-Oxide Nanocrystals as Efficient Catalysts for ROS Production and Biofilm Eradication'이며, POSTECH 니티 쿠마리 박사와 UNIST 수미트 쿠마 박사가 공동1저자로, POSTECH 이인수 교수와 아미트 쿠마 연구교수, UNIST 조윤경 교수가 공동 교신저자로 참여했다.
이번 연구를 주도한 이인수 교수는 “이번 연구에서처럼 나노입자의 표면 질감을 자유롭게 만들어낼 수 있다는 것은 활성 부위의 노출을 설계하고 제어할 수 있는 가능성을 열어준 것”이라며 “나노 스케일의 표면 구조체는 나노 바이오 인터페이스에서 새로운 효소와 유사한 특성을 개발하는 데 크게 이바지할 것으로 기대된다”고 말했다.
먼저, 연구팀은 다양한 금속이온이 고분자 외피에 싸여있는 평범한 나노 결정을 합성하고 매우 높은 온도에서 가열했다. 고분자 외피가 타는 동안, 고온 고체상 화학반응은 나노 결정 표면에 다른 금속이온의 혼합을 유도하고, 나노 결정 표면에 여러 개의 작은 가지와 구멍을 만들어낸다.
이때 나타나는 독특한 질감 표면은 박테리아를 죽이는 활성산소를 생성하는 화학촉매반응을 일으키는 것을 발견했다. 또, 자기장에 대한 높은 인력을 보이는 것을 확인했다. 표면 특징이 없는 평범한 나노 결정이 고기능성 혼합 금속 산화물 나노 결정으로 변환하는 합성 전략을 발견한 것이다.
연구팀은 이 여러 개의 가지와 구멍이 있는 쟁기질된 들판과 같은 질감의 표면을 “MTex”라고 명명했다. MTex의 이러한 독특한 표면 질감 특성은 나노입자의 운동성을 증가시켜서 바이오필름 매트릭스에 효율적으로 침투하도록 하는 동시에 안정한 화합물로부터 박테리아에 치명적인 활성산소를 생성하는 높은 활성을 보여주는 것을 검증했다. 바이오필름은 미생물이 한 덩어리가 되어, 고체나 생체 표면에 보호막(film)을 형성하는 상태를 말한다.
이 시스템은 광범위한 pH 범위에서 활성산소를 생성 할 수 있으며 효과적으로 바이오필름 내부로 확산되어 항생제에 내성을 지니는 박테리아를 죽일 수 있다. 또, 나노구조체의 자성을 이용하여 바이오필름 잔해를 긁어낼 수 있다.
제1저자인 아미트 쿠마 박사는 “이번에 개발된 MTex는 기존의 스피넬 물질의 안정된 매끄러운 표면과는 구별되는 매우 높은 촉매 활성을 보여준다”며 “이런 특성은 좁은 공간에서도 바이오필름에 침입하여 박테리아를 제거하고 폐기하는 데 매우 유용하다”고 설명했다.
이번 연구는 한국연구재단 리더연구자지원사업(창의연구), 기초과학연구원의 지원으로 수행됐다.
