첨단세라믹스

요업기술원 장정호 박사팀

초고속 고효율 핵산·단백질 분리용
기능성 실리카 코팅 자성나노입자 개발 성공

미·일·독 이어 세계 4번째 성과, 대한민국기술대상 우수상 수상
코아바이오시스템과 중기거점기술개발사업 공동 연구 통해 개발

요업기술원(원장 오유근) 나노소재응용본부 장정호 박사 연구팀은 최근 (주)코아바이오시스템과 공동으로 초고속 고효율 핵산/단백질 분리를 위한 자동화 공정용 기능성 실리카 코팅 자성나노입자를 개발하는데 성공했다.
이번 개발은 중기거점기술개발사업인 ‘바이오기능성 나노소재 및 적용기술개발(단장 조계민)’ 사업을 통해 이루어진 것으로, 미국·일본·독일에 이어 세계 4번째로 개발된 것이다.
특히 이번 연구개발 결과는 지난 10월 개최된 ‘대한민국기술대상’에서 ‘나노소재 활용 DNA와 단백질 분리 정제기술’이라는 제목으로 소개되면서 우수상을 수상하기도 했다.
요업기술원 장정호 박사에 따르면, 현재까지 핵산 분리 정제용 자성나노입자는 미국·일본·독일의 3개사에서 500- 1500nm 크기의 실리카 코팅 자성비드만을 제조하여 시판하고 있는데, 이 방법은 실리카 표면과 핵산/단백질의 단순 흡착 현상을 이용하기 때문에 극미량 분리의 어려움 및 자동화 공정 적용에 따른 정제효율이 저하되는 등의 문제점을 갖고 있다고 한다. 이에, 장정호 박사 연구팀은 자성 나노입자의 크기 및 자성을 제어하고, 분자자기조립 방법으로 표면 처리를 한 기능성 자성나노입자를 제조하여 핵산과 단백질을 선택적으로 분리하는 기술을 개발하게 된 것이다.
공동연구개발 업체인 (주)코아바이오시스템에서는 적은 양의 기능성 자성나노입자를 사용하여 극미량의 핵산 및 단백질까지 선택적으로 분리, 정제할 수 있는 키트를 개발했는데, 기존 실리카 멤브레인 공정에 비해 50배 이상의 핵산 분리, 정제효율을, 또한 기존의 자성나노입자 소재보다도 20배 이상의 고효율을 나타냈다고 한다.

특히 입자 표면 위에서 대상 분자들이 자발적으로 접근할 수 있도록 설계한 방법은 아직까지 세계적으로 상용화, 혹은 특허화 되지 않은 기술로 기존 생체물질의 분리, 정제공정을 획기적으로 개선하는 원천기술이라고 연구팀은 설명했다.

국내외에 특허 7건 출원, SCI 논문 4건 게재
요업기술원 연구팀은 이번 연구를 통해, 국내외에 7건의 특허를 출원하고 국제 SCI 논문을  4건 게재했으며 국내외 학회에서 8건의 논문을 발표하는 등 국내외적으로 연구 성과를 인정받고 있다.
한편 이번 연구개발 기술의 상용화를 위해서는 용액 내에서 입자의 고른 분산이 이루어져야 한다. 앞으로 지속적인 연구를 통해 분산력 증가를 유도하여 기술이 상용화 되면 핵산검사 시장에서만 약 3,000억원의 수입대체효과가 기대된다.
또한 면역 진단관련 및 랩온어 칩(LoC) 등의 바이오센서 개발에 있어 분리, 정제 모듈로 사용되어 분리-진단의 일체화된 바이오센서 개발이 예상되는 등 막대한 기술적 파급효과도 발생할 것으로 보고 있다.
요업기술원은 내년 초부터 자동화 공정 시스템의 상용화를 위한 후속연구에 본격적으로 착수할 계획이라고 밝혔다.
박미선 기자

실리카 코팅막 제어형 자성나노입자의 전자현미경 사진
[해설] 전자 현미경 사진을 통해서 (a) 자성 나노입자의크기가 9±2 nm이고,
실리카 코팅 두께가 10~50nm로 조절되며 자장의 세기도 일정하게 감소하는
기능성 자성나노입자의 사진이며 소수성 포켓의 분자자기조립 방법을 나타내었다.