하이드로겔 정제 물 정화에 이용되다

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하이드로겔 정제 물 정화에 이용되다
끓이고 살균하는 것에 비해 높은 경제성과 효율성을 지녀

2021.10.13 09:00 김민아 객원기자

일부 추정치에 따르면 세계 인구의 삼 분의 일이 깨끗한 물을 사용하고 있지 못하고 있다고 한다. 그리고 2025년이면 인구의 반이 물 부족 지역에서 살 가능성 또한 점쳐지고 있다. 그러므로 이 문제에 대한 해결책을 찾는 것으로 수백만 명의 생명을 구하고 삶을 개선할 수 있으며, 그것은 전 세계 과학자들과 엔지니어들 사이에서 최우선 과제가 아닐 수 없다.

그런 가운데 들려온 희소식이 있다. 오스틴에 있는 텍사스 대학(The University of Texas )의 과학자들과 기술진들이 오염된 물을 빠르게 정화할 수 있는 하이드로겔 정제를 만들어 낸 연구 내용을 9월 2일자 Advanced Materials에 발표했다. 그들이 개발한 하나의 하이드로겔 정제는 강물 1리터를 소독할 수 있고, 그것은 강물을 한 시간 이내에 마시기에 적합한 상태로 만들 수 있다.

텍사스 대학의 과학자들과 기술진들이 만들어낸 하이드로겔 정제는 강물 1리터를 소독할 수 있고, 그것은 강물을 한 시간이 내에 마시기에 적합한 상태로 만들 수 있다. 이때 에너지가 들지 않고 해로운 잔류물도 남지 않는다. ⓒ The University of Texas at Austin.

물에 녹지 않는 교차 결합된 친수성 중합체인 하이드로겔은 피부 미용을 위한 팩과 소프트 렌즈 재료로 널리 사용되어 왔고, 의학 분야로 사용범위를 넓혀가고 있다.

9월 14일 보도된 GEN(Genetic Engineering & Biotechnology News)에 따르면, MIT(Massachusetts Institute of Technology)의 기술진들은 영국 맨체스터 연구소의 과학자들과 협력하여 건강한 췌장 세포 또는 암 췌장 세포로부터 췌장의 작은 복제물인 췌장물을 배양하는 새로운 방법을 개발했다. 여기엔 세포외 환경을 모방하기 위해 특수 합성 하이드로겔 골격이 사용됐다.

그로 인해 그들은 췌장 종양과 그들의 환경 사이의 중요한 상호작용을 연구하는데 사용될 수 있는 작은 췌장 소기관 구조를 기를 수 있었다. 이로써 그들은 이 새로운 모델들이 치료하기 가장 어려운 종류의 암 중 하나인 췌장암에 대한 잠재적 약을 개발하고 시험하는 데 도움이 되기를 바라고 있다.

또한 최근 인도의 한 연구팀은 하이드로겔을 부상 직후 도포해 상처 없이 각막을 재생시킬 수 있다는 것을 증명하기도 했고, 국내에서는 치료 내시경의 대표적인 시술인 내시경점막하박리술에서의 현재 주사제인 생리식염수 대신 하이드로겔을 사용하는 것이 제시되기도 했다.

하이드로겔을 이용한 물의 정화에 대해 코크렐 공과대학의 워커 기계공학부와 텍사스 소재 연구소(Cockrell School of Engineering’s Walker Department of Mechanical Engineering and Texas Materials Institute)의 부교수인 기후아 유(Guihua Yu)는 “우리의 다기능 하이드로겔은 사용하기 쉽고 고효율이며 잠재적으로 대량 생산까지 확장할 수 있기 때문에 전 세계 물 부족을 완화하는 데 큰 차이를 만들 수 있습니다”라고 말했다.

오늘날 물을 정화하는 주요 방법은 물을 끓이거나 저온 살균하는 것이다. 그러나 그것은 에너지와 많은 시간, 그리고 노력을 필요로 한다. 그래서 이러한 과정을 위한 자원이 없는 일부 지역의 사람들에게는 그 방법은 실용적이지 않다.

반면 하이드로겔 정화는 99.999% 이상의 효율로 박테리아를 중화시키는 과산화수소를 생성하고, 그 과산화수소는 활성탄소 입자와 함께 작용하여 박테리아의 필수 세포 구성 요소를 공격하고 대사를 방해하는 방식을 취한다. 이 공정은 에너지 투입이 필요하지 않으며 유해한 부산물을 생성되지 않는다. 하이드로겔은 쉽게 제거할 수 있으며 잔류물이 남지 않기 때문이다.

또한 하이드로겔은 자체적으로 물을 정화하는 것 외에도 수천 년 동안 있어온 공정, 즉 햇빛을 사용한 기화를 통해 유해한 오염 물질에서 물을 분리하는 공정을 개선할 수도 있다. 태양열 증류 시스템은 종종 장비에 미생물이 축적되어 오작동을 유발하는 생물학적 오염 문제에 직면하게 되는데 박테리아를 죽이는 하이드로겔은 이런 일이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

프로젝트를 공동 주도한 맥케타(McKetta)화학 공학과 교수인 케이스 존스톤(Keith Johnston)은 주의 깊은 대학원생 유홍 구(Youhong Guo)가 햇빛으로 물을 정화하는 다른 일을 하던 중 예기치 않게 이 하이드로겔을 발견했다고 말했다.

연구 팀은 물에 그들이 중화시킬 수 있는 다양한 유형의 병원체와 바이러스를 증가시켜 하이드로겔을 개선하기 위해 노력하고 있다. 그리고 그들은 또한 여러 프로토타입(원형)을 상용화하는 과정에 있다.

연구원들은 하이드로겔의 규모를 확장하는 것은 간단할 것이라고 말한다. 그것들을 만드는 재료는 저렴하고 합성 과정은 간단하며 그 방법은 대규모로 유지된다. 그리고 하이드로겔은 모양과 크기가 쉽게 제어돼 다양한 용도에 맞게 유연하게 만들어질 수 있다.

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