NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 30, No. 4, 2012 … 447
연구실 소개
우리 연구실(http://cms.kw.ac.kr/efn)은 이러 한 나노물질에 관한 관심을 가지고 특히 환경분야에 응용하고자 친환경(eco-friendly)나노물질을 개발하 는 연구를 진행해 오고 있다. 2006년에 학부 연구원 을 처음으로 받고 그후 현재까지 18명(졸업생 포함) 의 석사/학사 연구원과 함께 친환경나노재료에 관한 합성 및 응용에 관한 연구를 진행하고 있다. 나노물 질이 새로운 물성을 가지고 새로운 시장과 응용분야 를 개척하고 있지만, 나노물질의 작은 크기로 인해 세포 침투력이 뛰어나고 우리에게 무해한 세포까지 영향을 줄 수 있다는 나노위해성에 관한 보고가 발 표되고 있다. 이에 우리 연구실에서는 나노물질을 이용한 긍정적인 응용분야(明)에 관한 연구와 인체 및 환경에 부정적인 영향(暗)을 미치는 이유를 파악 하고 저위해화시킬 수 있는 방법에 관한 연구를 진 행하고 있다.
나노물질의 明에 관한 연구
1) 3차원 다공성 골드 전극의 개발 및 전기화학적 센서 응용
우리 연구실은 기존에 나노기공성 알루미나, 실리 카에 관한 연구를 통해 기본적인 제조법과 환경분야 (흡착, 촉매)에 응용을 해 왔으며, 액상 내 중금속 이 온 제거나 수성 가스화 촉매 반응 등에 활용하였다.
여기서 더 나아가 3차원 다공성 골드를 제조하여 기 공 특성을 지니면서 전기 전도성이 우수한 전극으로 활용하고자 하였다. 기본적인 주형법을 바탕으로 하 였으며, 계면활성제를 이용하는 방법과 구형의 PS 비 드, 나노 실리카를 이용한 나노 및 마이크로 다공성 골드를 제조할 수 있었다. 또한 압착법을 이용하여 3 차원으로 연결된 전극을 분말형태로도 제조하였다.
이렇게 제조한 3차원 다공성 골드는 중금속 이온을 제거하는 액상용 전기화학센서로 사용하여 그 우수성
- 나노물질의 명(明)과 암(暗)에 관한 연구 -
김 영 훈
광운대학교 화학공학과, [email protected]
다공성 골드 전극/기질의 제조 방법에 관한 모식도.
을 검증하였으며, 혈당센서로의 활용 가능성을 평가 하기 위한 글루코스 센싱 및 과산화수소 센싱을 평가 하였다. 바이오 센서로의 응용성을 평가하기 위하여 앱타머를 고정시킨 전극에 트롬빈이 검출되는지도 확 인하였다. 또한 상온에서 CO의 CO2로의 전환 가능성 을 해당 전극으로 평가하여 외부 전압 인가를 통해 해 당 산화과정이 발생됨을 확인하였다. 현재는 이종기 공성 다공성 전극을 개발하고 있으며, 골드 이외의 물 질을 이용하는 방법을 연구하고 있다.
2) 금속 나노입자의 형태 제어 및 환경색센서 응용 기존에 Au, Ag, Fe, Pt 나노입자에 대한 제조 기법 을 확립하고, 특히 은나노입자의 형태 제어와 색센서 응용에 관한 연구에 집중하였다. AgNP를 프리즘 형 태로 제조하고 적절한 산화환원법을 이용하여 디스크 형태와 프리즘 형태를 가역적으로 변화시킬 수 있음 을 보였다. BSA, SOD 등의 단백질과 결합시 색변화 를 보이는 연구 결과를 발표하였으며, pH 색센서, 중 금속 색센서 등에 활용하였다. 그러나 색센서의 문제
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가역적 다중색센서 개발에 관한 연구.
OH 및 SH 친화력을 지닌 SPR용 센서칩의 제조.
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광운대학교 화학공학과 친환경나노재료연구실
점은 대체로 비가역적이고 선택성을 지니긴 하지만 단회 사용, 단일 물질 검출 등의 한계점이 지적되고 있 다. 이에 현재 우리 연구실에서는 디티존(dithizone)이 라는 물질을 이용하여 최소 5가지 물질을 구분할 수 있는 가역적 다중색센서를 개발하고 있다.
3) 마이크로 패터닝을 이용한 SPR 센서칩의 변형 및 분광학적 센서 응용
SPR 분광기는 나노 표면 해석과 다양한 바이오 시 료의 극미량 검출 등에 널리 사용되고 있다. 그러나 골드칩을 이용하다 보니 SH 친화력을 지닌 물질을 고정시켜야 하는 특징이 있다. 이에 우리 연구실에서 는 섬모양의 PDMS 마이크로 패턴을 제조하여 골드 칩에서 해당 섬모양의 골드만을 제거하고 OH 및 SH 친화력 모두 가진 골드칩을 제조하였다. 이는 SPR 센 서칩에 dual-affinity를 제공한 기법으로 센서칩의 다 중 검출로 활용 가능하리라 본다.
나노물질의 暗에 관한 연구
1) 나노물질의 위해성에 관한 물리화학적 특성 인자 파악
나노물질의 위해성 인자를 파악하기 위하여 AgNP, TiO2, SiO2, CNT, FeNP 등에 관한 제조 및 독성과 관련된 물리화학 특성을 파악하는 연구를 수 행해 왔다. 주로 환경부산하 국립환경과학원의 용역 과제를 수행하면서, 다양한 공동연구자(약학, 생물학, 독성학 등)와 팀을 구성하여 지속적인 연구를 수행하 고 있다. 다양한 생물학적 매질(PBS, DMEM, FBS, MEM, 인공강우, 하수 등)에서 나노물질의 응집성과 안정성을 평가하고 독성팀에게 결과물을 제공하는 방 식으로 협력연구를 진행하고 있다. 해당 내용은 영문 화 작업을 통해 OECD 국가자료로 제공하고 있다.
2) 나노물질에 관한 생물학적 위해성 연구
나노물질의 생물학적 독성연구시 주로 협력팀을 활 용하고 있지만, 자체적인 나노물질의 위해성 평가를
위하여 비생물학적 방법을 진행하고 있다. 즉 세포막 을 모사할 수 있는 인공세포막의 일종인 lipid vesicle 을 제조하여 나노입자 노출시 vesicle rupture가 발생 하는지를 평가하고 있다. 이는 AFM, SPR, TEM 등 의 분석기법을 이용하여 기존 생물학적 독성평가보다 빠른 독성 스크리닝 기법으로 제안되었으며, 해당 연 구결과의 검증을 위하여 대장균을 이용한 나노입자 노출을 평가하였다. 현재는 은나노입자에 대한 노출 이외에 다양한 나노입자의 노출에 따른 vesicle 파괴 현상을 관찰하고 있으며, 형광물질을 내포한 vesicle을 제조하여 나노물질 노출에 따른 vesicle 파괴시 색변 화를 볼 수 있는 방법을 연구하고 있다.
3) 나노물질의 환경 노출평가 및 모니터링 방법 연구 나노물질이 생물 및 인체에 유해하다는 연구결과들 이 많이 보고되고 있으나, 직접적인 위해정도는 나노
모사 세포막을 이용한 투과 평가와 대장균을 이용한 검증 실험.
나노물질 노출에 대한 인체 및 환경 방호의 용이성.
물질을 제조하는 작업자에게 가장 크다고 할 수 있다.
따라서 나노물질을 직접 제조하는 현장에 대하여 작 업장 노출평가를 실시하여 주요 노출원을 파악하였다.
이를 통해 우리 연구실에서는 나노물질의 환경 노출 시나리오를 작성하였으며 개인보호장비 착용에 대한 적정 수준을 규정하였다. 해당 내용은 환경부 지침(제 조나노물질의 환경노출도 평가 및 안전관리 지침서, 2011)으로 활용되고 있다. 또한 대기 및 수계, 토양에 대한 환경 매질에 대한 노출평가 및 모니터링 연구를 진행하였다.
연구원 수(현재 석사 연구원 4명, 학사 연구원 4명) 가 타대학에 비해 부족하지만 집중도 있는 연구와 연 구원들의 성실한 참여를 통하여 많은 연구실적을 얻 어 가고 있다. 2006년 연구실을 개설한 이래, 현재까 지 80여편의 국제논문과 20여편의 국내논문을 발표하 였다. 이에 대상 대내외적 격려(?) 차원에서 범석논문 상(한국화학공학회), 광운학술대상(광운대), 신양신 진학술상(서울대), 우수포스터상(한국화학공학회) 등 을 수상하는 영예도 얻었다.
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