연세대학교 기계공학과 황정호 교수 연구진이 플러그를 꽂는 간단한 방법(Plug-In System)으로 항균 능력이 있는 수백 나노미터(㎚) 크기의 무기나노입자를 미세먼지(에어로졸, Aerosol) 형태로 합성하는 방법을 구현했다. 또한 이 초미세 항균 입자에 대한 인체 유해성을 3주 안에 평가(Fast-Track Screening Platform)할 수 있는 방법을 고안해냈다. 본 연구는 영남대학교 약학과 김종오 교수, 기계공학과 변정훈 교수 연구진과의 공동연구를 통해 이뤄졌으며, 연세대 박대훈 박사과정과 영남대 가우탐 밀란(Gautam Milan) 박사과정이 공동 1저자로 참여했다.
최근 대기 중 미세먼지 증가에 대한 이슈와 더불어, 가습기 살균제 사태 등으로 공기 중 미세먼지 형태로 존재하는 유해 물질에 대한 우려가 커지고 있다. 특히, 대표적인 항균 물질로 알려져 있는 은(Ag)이나 구리(Cu) 나노입자는 인체 유해성에 대한 우려로 공기 필터 코팅제 등 여러 산업에 적용되는 데 법적 규제를 받고 있다.
공동연구팀은 항균 능력이 매우 좋은 구리(Cu)에 인체 유해성이 낮다고 알려진 금속인 텔루륨(Te)을 부분적으로 도핑하면 높은 항균성은 유지하면서 인체 유해성은 현저하게 낮아진다는 사실을 발견했다. 이러한 성질을 이용해 플러그를 꽂기만 하면 다른 복잡한 과정 없이 약 200㎚ 크기의 안전한 항균 나노입자를 미세먼지 형태로 합성하는 플랫폼을 구현하는 데 성공했다.
이 합성법은 단계가 복잡한 다른 합성법과 달리 전구체 용액을 사용하지 않는다. 플러그를 꽂기만 하면 항균 나노입자가 미세먼지 형태로 발생되며, 발생된 입자를 직접 공기 필터, 수도관, 페인트 표면 등에 코팅하여 항균 처리하거나, 포집하여 항균제 등으로 바로 사용할 수 있다. 또한 전구체 용액 사용 후 발생하는 폐수가 나오지 않아 친환경적이기도 하다.
공동연구팀은 미세먼지 형태의 항균 나노입자의 기능성 및 인체 유해성을 3주 안에 검증하는 평가법 또한 고안해냈다. 고안된 평가법은 생체 내(In Vivo)/외(In Vitro) 각각에서의 기능성, 유해성을 평가하는 네 가지로 구성되며, 이를 동시에 진행해 3주 내에 무기나노입자의 평가를 완료한다. 이 평가법을 통해 연구팀의 개발 입자는 생체 내/외의 평가에서 모두 우수한 성능(높은 항균성, 낮은 인체 유해성)을 보이는 것으로 확인됐다.
황정호 교수는 “이 평가법을 통해 비교적 빠른 시간 안에 무기나노 항균 물질의 인체 유해성 평가가 가능해졌으며, 기존 항균 물질 및 새로운 항균 물질의 안전 기준 또한 제시할 수 있을 것으로 기대된다.”며, “미세먼지, 가습기 살균제 등으로 인한 항균 소자에 대한 국민적 우려를 해소할 해결책으로써도 중요한 역할을 할 수 있을 것”이라고 연구 의의를 밝혔다.
이 연구는 한국연구재단 이공분야 기초연구사업(중견연구자지원사업-도약연구)의 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 미국 화학회의 권위 있는 국제학술지인 ‘ACS Nano’(영향력지수 13.903, JCR분야 상위 5.7%) 온라인 최신판에 논문명 「Plug-In Safe-by-Design Nanoinorganic Antibacterials」 으로 게재됐다.