9월 과학기술인상 -고려대학교 심상준 교수

과학기술인상 9월 수상자로 고려대학교 화공생명공학과 심상준 교수를 선정했다고 과학기술정보통신부(과기정통부)와 한국연구재단(연구재단)은 밝혔다.

심상준 교수가 금속 나노 입자의 크기와 모양을 제어할 수 있는 새로운 합성 기술을 개발하여 우리나라 나노 연구의 역량을 높이고 산업 발전의 기반을 강화한 점이 높이 평가되었다.

금 나노입자*는 최근 의료․전자․화학 등 다양한 산업 분야에서 그 활용성과 가치가 크게 높아진 물질이지만, 원하는 구조를 미리 설계하거나 다양한 구조․형상을 만들 수 없는 기존(계면활성제) 합성 방법의 한계로 인해 그 활용에 어려움이 많았다.

* 금 나노입자 : 나노미터 크기의 금 입자로, 독특하고 독성이 없는 특성으로 질병진단, 암치료 등 의약학 분야와 전자, 화학 등 다양한 분야에서 활용 범위가 매우 넓은 나노 물질

심상준 교수는 DNA를 골격으로 이용하여 원하는 크기와 모양, 구조대로 금 나노입자를 만들 수 있는 정교한 합성 방법을 개발하여 그간의 기술적 한계를 극복하고 다양한 산업으로 활용분야를 확대함으로써 관련 기술과 산업의 성장에 기여하고 있다.

심상준 교수가 개발한 기술은 금속 나노입자 연구분야에 DNA 분자 조절 등 바이오 기술을 접목한 세계 최초의 혁신적 연구 성과로 금속 나노입자의 연구와 활용에 대한 새로운 패러다임을 제시한 데 큰 의미를 갖는다.

심상준 교수 연구팀은 생체 물질인 DNA 분자에서 금속입자가 성장하고 합성되는 메커니즘을 세계 최초로 규명함으로써 기존의 화학적 방법인 아닌 전혀 새로운 생명공학적 연구 방향을 제시하였다.

이와 동시에, 다양한 연구 및 산업분야에 최적화된 맞춤형 금속 나노입자의 제작을 가능하게 함으로써 질병 진단, 항암 치료 등 의료분야는 물론 전자, 화학 등 모든 산업으로 금속 나노입자의 활용 범위를 넓히고, 그 효율성 또한 크게 높일 것으로 기대된다.

심상준 교수는 “각 분야에 필요한 금 나노입자를 다양하고 정교하게 만들 수 있는 새로운 합성방법을 제시한데 의미가 있다”며, “앞으로 항암 치료를 비롯해 바이오센서, 촉매, 전자기기 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 적용될 수 있을 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만원을 수여하는 시상이다.

심상준 교수의 주요 연구성과

□DNA 기반 금속 나노입자 합성 제어기술 개발

ㅇ 금 나노입자는 최근 전자, 화학, 의료 분야 등 다양한 분야에서 응용되어 그 가치가 입증되면서 가장 많이 연구되는 나노물질 중 하나로, 원하는 분야에 응용하기 위해서는 입자를 균일하고 정교하게 합성하는 것이 필수다. 그러나 기존의 계면활성제를 활용한 방법들은 합성 전에는 형상을 예측할 수 없는 경험적인 방법으로, 원하는 구조를 미리 설계하고 제조할 수 없다는 한계를 가지고 있으며 다면체 구조 외의 다른 형상의 제조 자체가 불가능했다. 이에 생체분자인 DNA를 골격으로 이용해 모양과 크기를 균일하게 제어할 수 있는 금 나노입자 합성 기술을 개발하여 기존에 볼 수 없었던 독특한 구조와 광학적 성질을 지니는 금 나노입자들을 제조하였다.

<그림 1. 이중나선 DNA 상에서의 금 나노입자 성장의 모식도>

ㅇ 연구팀은 이중나선 DNA 골격의 형태대로 입자가 만들어지는 현상을 발견하고, DNA의 자가 조립 특성을 이용함으로써 원하는 모양과 구조대로 금 나노입자를 만들 수 있는 새로운 나노입자 합성방법을 개발하였다. 이 기술을 통해 다면체 외에 비대칭적인 형상의 입자를 정교하게 제조할 수 있음을 확인하였다.

ㅇ 나아가 금 나노입자와 이중나선 DNA의 결합 부위에서 산화‧환원 반응이 다른 부위보다 빠르게 진행되어 DNA를 따라 금 나노입자가 합성된다는 사실을 증명하였다.

<그림 2. 금 나노입자 성장에 영향을 미치는 두 이온의 동경 분포 그래프>

ㅇ 또한 선형 이중나선 DNA 이외에 플라스미드 DNA에서도 본 합성방법이 적용됨을 확인하였다. 그 결과 적혈구 모양, 해파리 모양, 꽃 모양 등 기존의 금 나노입자 합성방법으로는 합성할 수 없었던 독특한 형상과 광학적 특성을 가지는 입자를 합성할 수 있었다.

<그림 3. 선형 DNA 및 플라스미드 DNA를 활용하여 합성한 다양한 형상의 금 나노입자의 TEM 이미지>

ㅇ 본 기술을 통해 각 연구 분야에 최적화된 맞춤형 금 나노입자를 미리 설계해 제조하는 것은 물론 표면개질 기술과 접목해 다기능성의 금 나노 구조물을 합성할 수 있다. 이 기술은 금 나노입자의 활용 분야를 더욱 넓혀 생명공학 외에도 의학, 전자, 화학 등 수많은 산업 분야에 큰 공헌을 할 수 있는 원천기술로 그 의의가 매우 크다.