기능성 코팅 소재 원천기술 개발 가속화 기대

자극 감응형 나노캡슐은 기능성 코팅 소재, 약물전달체, 화장품 소재, 세정용 소재로 사용된다. 대부분의 나노캡슐은 연성의 물질로 이루어져 원하지 않게 분해되어 부작용을 유발하기도 한다.

최근 국내 연구진에 의해 약물 등이 원하는 조건에서만 안전하게 활성화되고 방출되는 진보된 형태의 분자밸브 기술이 개발되었다. 분자밸브는 2016년 분자기계로 노벨화학상을 받은 미국 노스웨스턴대 프레이저 스토더드(Fraser Stoddart) 교수 등이 선도적으로 수행해오고 있으며, 병을 치료하는 나노로봇을 구현하는 기반 기술 중 하나로 각광을 받고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 박치영 박사팀은 기존의 분자밸브 시스템 합성보다 시간을 수십 배 단축하고, 가격을 낮추면서도 부작용을 보다 억제하는 원천 기술을 개발했다고 밝혔다.

기존의 분자밸브는 견고한 나노 채널의 입구 표면에 부착되어 특정 자극에서만 열리고 닫히므로, 기존의 자극 감응형 나노캡슐에 비해 안정성이 높고 정교하다는 장점이 있지만, 합성이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 문제가 있다. 또한 여전히 미세하게 약물이 방출되는 경우가 있어 부작용을 원천적으로 억제하는데 한계가 존재한다.

KIST 박치영 박사팀은 식품첨가제, 의료용 제제, 잉크 등으로 폭넓게 사용되는 식물성 폴리페놀이 나노 채널의 입구 표면에서 분자밸브와 유사하게 거동하는 조건을 발견하였다. 또한 채널 내에 약물 등의 화합물을 비활성화 상태로 포집하고, 특정 파장대의 빛을 비추었을 때만 활성화 되고, 분자밸브의 구동에 의해 순차적으로 방출되도록 고안하였다. 따라서, 원하지 않는 조건에서 포집된 물질이 방출되는 일이 발생되더라도, 관련 부작용이 발생하지 않도록 설계하였다.

연구진은 이 기술이 기존의 분자밸브 시스템보다 합성이 매우 간단하고 부작용을 이중으로 억제하는 진보된 형태로, 다양한 기능성 코팅 소재 및 약물전달체 등으로 활용 가능할 것으로 전망했다.

KIST 탄소융합소재연구센터의 박치영 박사는 “이번 연구를 통해 보다 복잡한 신호 전달 체계에서도 구동하는 나노로봇을 실현하는 토대를 마련할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 기본연구사업으로 수행되었고, 독일에서 발행하는 화학 분야의 세계적 학술지인 ‘앙게반테 케미 국제판’(Angewandte Chemie International Edition)에 5월 8일 표지논문(Inside Cover)으로 게재되었다.