- 나노재료분야 세계적 학술지 ‘Materials Letters’ 표지논문 게재

- 콜라겐과 금 나노입자를 기반으로 한 새로운 광활성 콜라겐하이드로겔 나노소재 개발

서울시립대학교(총장 원용걸) 생명과학과 최인희, 최정우 교수와 화학공학과 이종범 교수 연구팀은 (주)네오리젠바이오텍(대표 서정민)과 공동으로 “콜라겐 및 금 나노입자를 기반으로 한 새로운 광활성 콜라겐하이드로겔 나노소재(Au-CHP)”를 개발했다고 7일 밝혔다.

새로운 광활성 콜라겐하이드로겔 나노소재(Au-CHP)는 생체적합성 콜라겐, 열감응성 고분자 및 금을 원료로 사용하여 고분자 중합을 통해 매우 빠르고 간단한 방법으로 금 나노입자가 하이드로젤 내부에 도입된다. 

제작된 나노입자 소재는 생체 활성 단백질을 담지 후 가시광선을 조사하였을 때, 전달체 내부에 존재하는 금 나노입자의 광열 전환에 의해 발생한 국소적 열에 의해 열 감응성 고분자 구조가 변화함에 따라, 세포 내에서도 빛을 이용한 비침습적 방법을 통해 담지 된 단백질을 높은 효율로 방출할 수 있게 한다. 

▲  (좌측상단부터 시계방향으로) 서울시립대 생명과학과 최인희 교수, 최정우 교수, 화학공학과 이종범 교수, 서정민 (주)네오리젠바이오텍 대표, 홍선호 박사과정생, 이승기 박사, 김도윤 연구원.

이번 연구는 나노소재 합성기술을 생명과학 분야에 적용한 바이오 융합 연구의 대표적인 사례로 평가된다. 특히, 자극 감응성 나노입자를 사용하여 생체 내에서 정확하고 효율적인 단백질 전달을 가능하게 한다.

광열 전환 효과(Photothermal conversion effect)란 금이나 은과 같은 플라즈몬 금나노입자에 특정 파장의 빛이 조사되면 빛 에너지를 열로 변환하는 현상이다. 이 효과를 이용하면 빛을 이용하여 원하는 시점에 원하는 만큼 약물을 방출할 수 있는 자극 감응성 약물 전달 시스템을 구현할 수 있다.

연구팀은 이 광열 전환 효과를 응용하여 하이드로젤 내부에 금 나노입자의 밀도를 조절함으로써 발열량을 정밀하게 조절할 수 있는 시스템을 개발했다. 이 시스템은 단백질 방출 시 열로 인한 손상을 최소화하면서 동시에 열 감응성 하이드로젤 구조 변형을 유도하여 전달 효율을 효과적으로 높일 수 있다는 점을 확인했다.

▲  개발된 콜라겐 및 금 나노입자 기반의 광활성 하이드로겔 나노입자 (Au-CHP).

자극감응성 나노입자를 사용한 전달 기술은 생체 내에서 정확하고 효율적인 단백질 전달을 가능케 하며, 특히 화장품 분야에서도 나노입자는 입자 크기와 높은 안전성을 기반으로 피부 조직 내로 안전하고 높은 효율로 단백질을 전달할 수 있어 향후 관련 제품 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 서울시립대학교 기초 보호학문 및 융복합 분야 R&D 기반조성사업 및 중소벤처기업부 산학연 Collabo R&D 사업의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 나노재료 분야의 권위 있는 국제 학술지인 ‘Materials Letters’지 최신호(2월 5일)의 표지논문으로 게재되었다.