다아라 매거진 _ 2017.07

기술뉴스

[Technical News]한국연구재단, 실크 단백질로 광학 인공생체조직 최초 개발

3차원 광자결정, 생체 조직과 이질감 없이 결합 가능해

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실크 광자결정 유연 소자의 응용


인체친화적이고 유연한 안구용 나노광학소자가 최초로 개발됐다. 한국연구재단(이사장 조무제)은 김성환 교수(아주대) 연구팀이 “누에고치에서 추출한 천연 실크 단백질을 활용해 생체 조직과 유사한 물성을 가진 무해하고 안구에 안정적으로 삽입할 수 있는 3차원 광자결정 소자를 최초로 개발했다”고 밝혔다. 최근 인체 조직에 부착하거나 삽입 가능한 광학 소자 및 전자 소자 연구가 각광을 받고 있다. 특히 누에고치 단백질은 생체친화적이고 물리적·화학적 물성이 우수하기 때문에 최근 주목 받는 바이오 고분자 소재다. 그러나 이 천연 단백질을 활용해 인체조직에서 작동하는 소자를 구현하는 것은 어려웠다.

연구팀은 스틸벤 염료를 실크 피브로인 단백질 수용액에 혼합한 뒤 자외선 광중합 반응을 통해 유연한 실크 단백질 기반의 3차원 광자결정을 만들었다. 이 광자결정 구조는 생체 조직과 이질감 없이 결합할 수 있다. 이는 습윤한 환경에서 물에 녹지 않으면서 수분을 머금고 있어(수화젤화) 구부려도 원래 모양대로 되돌아오는 특성 때문이다.

연구팀은 또한 실크 유연 광소자가 안압을 무선으로 감지하는 압력 센서로 활용될 수 있음을 입증했다. 외부의 힘에 의해 변화하는 소자의 광밴드갭을 간단한 광학 장비로 원격 측정해서 파동 변화를 실시간으로 탐지할 수 있음을 보였다.

이 광학소재는 시력 향상용 안구 삽입체로도 사용할 수 있다. 연구팀은 실크 광자결정 유연 소자가 야행성 동물의 망막 뒤 반사체와 같이 안구 외부로 빠져 나가는 빛을 내부로 재 반사시킬 수 있음을 확인했다. 이는 망막을 투과했던 빛이 다시 시각 세포로 돌아와 시력 향상에 기여할 수 있게 됨을 의미한다.

김성환 교수는 “이 연구는 생체 조직과 결합할 수 있는 나노광학 소자를 최초로 개발한 것이다. 그동안 학계의 난제였던 피부 등 인체 조직과 같은 물성을 지닌 물리소자를 구현했다. 안압의 무선 광신호 측정, 시력 향상용 안구 삽입체 등 다양한 헬스케어 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

또한 김 교수는 “이번 연구를 통해 인체 내 소자 삽입을 위한 전제 조건인 생체친화성, 유연성, 불용성이 모두 갖춰진 천연 실크 단백질 소재를 제시했다”며 “제시된 실크 소재를 활용해 3차원 광자결정 소자를 성공적으로 제작했고, 추가적인 모의실험을 통해 안압 센서 및 시력 향상용 안구 삽입체로서의 가능성을 실험적으로 구현했다”고 밝혔다.

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