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성과명실크 단백질로 광학 인공생체조직 최초 개발

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지원사업
X- 프로젝트지원사업, 이공학개인기초연구지원사업
지원 기관
미래창조과학부, 교육부
연구 기관
아주대학교
연구자
김성환
발표일
2017-06-22
조회수
95

실크 단백질로 광학 인공생체조직 최초 개발



개요

한국연구재단은 김성환 교수(아주대) 연구팀이“누에고치에서 추출한 천연 실크 단백질을 활용하여 생체 조직과 유사한 물성을 가진 무해하고 안구에 안정적으로 삽입할 수 있는 3차원 광자결정 소자를 최초로 개발하였다.”고 밝혔다. 이 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단 X- 프로젝트지원사업, 교육부 이공학개인기초연구지원사업의 지원으로 수행되었으며 종합과학기술분야 국제학술지인 미국국립과학원 회보(PNAS) 6월 13일자 논문으로 게재되었다.
* (논문제목) Deformable and conformal silk hydrogel inverse opal


연구 내용

본 연구팀은 발광 염료와 천연 실크 단백질의 광중합 반응*을 통해 인체 삽입용 소자에 적합한 소재를 개발하는데 성공하였다. 개발된 실크 소재로 제작한 3차원 광자결정 소자는 유연하면서도 높은 탄성을 가지고 있으며, 변형률 10% 이내에서 탄성 변형을 유지한다. 외부의 힘(늘어남, 구부림, 눌림)에 의해 변화하는 소자의 광밴드갭을 간단한 광학 장비로 원격 측정하여 외부의 힘을 실시간으로 탐지할 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 그 예로 물에 넣었을 때, 나노 구조가 손상되지 않고 수화젤화되어 유연해진다. 지금까지 다양한 소재를 사용한 3차원 광자결정이 많은 연구팀에서 개발되어 왔지만, 생체친화성, 유연성, 불용성을 동시에 갖춘 바이오 고분자 기반 광자결정이 이 연구를 통하여 최초로 구현되었다.
또한 야행성 동물의 망막 뒤 반사체의 원리를 생체 모방하여, 안구 모델의 표면에 실크 광자결정 소자를 집적한 모의실험을 수행하였다. 안구 외부로 빠져나가는 빛이 실크 광자결정에 의해 내부로 재반사 되는 것을 확인하였으며, 망막의 시각 세포에 의한 빛의 흡수가 30% 이상 증가할 것을 실험을 통해 예측하였다. 이것은 실크 광자결정이 시력 향상용 안구 삽입체로서 기능할 수 있음을 의미한다.
* 광중합 반응 : 빛을 쪼여서 분자 사이에 강력한 공유 결합을 형성시키는 중합반응


기대 효과

실크 단백질 기반 3차원 광자결정은 체내 삽입한 소자를 구현하기 위한 가장 큰 어려움 중의 하나인 습윤한 환경에서의 안정적인 구동을 보장한다. 이 연구를 통해서 제안된 광중합을 통한 실크 수화젤 제조는 광학 소자뿐만 아니라 다양한 전자 소자에도 응용될 수 있다. 이는 근 미래에 차세대 헬스케어 플랫폼 구현을 위한 더 큰 성과로 이어질 것이다. 부가적으로 누에 실크와 같은 농업, 임업 등의 산물의 새로운 가치 발견을 통해 새로운 산업 창출의 길이 열리길 기대한다.


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