국내 연구진이 각종 금속원소 등으로 이뤄진 다양한 나노재료를 대장균을 이용해 친환경적으로 생산하는 생물학적 합성법을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이상엽 특훈교수팀과 중앙대 박태정 교수팀은 유전자재조합 대장균을 이용한 나노재료 합성법을 개발, 35가지 원소를 이용해 60가지 나노재료를 합성하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.

합성된 60가지 중에는 생물학적 합성법은 물론 화학적으로도 만들어진 적이 없는 나노물질(Ag₂TeO₃)을 포함해 생물학적 합성에 처음으로 성공한 33가지 나노재료가 포함돼 있다.

기존의 생물학적 나노재료는 주로 고온, 고압의 조건에서 합성되고 유독한 유기용매와 값비싼 촉매를 사용하기 때문에 환경오염과 높은 에너지 소모 문제가 있었다.

대안으로 친환경적이고 경제적인 미생물을 활용한 생물공학적 나노재료 합성법이 연구되고 있으나 지금까지 보고된 합성기술은 나노재료의 종류가 다양하지 않고 결정질과 비결정질 나노재료의 합성 원리가 규명되지 않아 다양한 결정질 나노재료를 만드는 데 어려움이 있다.

이어 이 대장균을 다양한 금속이온이 들어 있는 배양액에서 배양해 35가지 원소가 포함된 나노재료 60가지를 합성했다.

연구진은 금속이온의 종류와 농도를 조절해 다양한 크기의 양자점(quantum dot), 자성 나노재료(nano-magnet) 등을 합성하고, 배양액의 수소이온농도(pH)를 조절하면 기존 생물학적 합성 조건에서는 합성이 불가능하거나 비결정질 나노재료로 합성되는 물질도 합성할 수 있다는 사실을 확인했다.

이들은 또 수용액 속 금속이나 금속이온의 열역학적 안정성을 나타내는 푸베이 다이어그램(pourbaix diagram)을 분석, 생물학적으로 합성 가능한 물질을 예측하고 그 물질을 생산하는 데도 성공했다.

이상엽 교수는 "이 연구는 생물공학적 배양으로 원하는 나노입자를 쉽고 효율적으로 합성하는 기술을 개발, 화학적 방법으로 합성이 어렵거나 아직 보고되지 않은 다양한 나노소재의 종류를 확장했다는 의미가 있다"고 설명했다.

그는 또 "합성된 60개 나노재료들은 나노입자, 나노막대, 나노판상형 등 다양한 형태를 띠고 있다"며 "앞으로 촉매, 가스·바이오 센서, 약물전달 등 에너지, 의료, 환경 분야 등 다양한 산업적 응용이 가능할 것"이라고 말했다.

과학기술정보통신부 기후변화대응사업 '바이오리파이너리를 위한 시스템 대사공학 연구과제' 지원으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '미국 국립과학원회보(PNAS, 5월 22일자) 온라인판에 게재됐다.