최경민 교수 ‘유사 단백질 선별용 공간내 표면전기 인식형 분리막’ 개발
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- 작성자 커뮤니케이션팀
- 보도일자 2018-09-27
우리대학 최경민 화공생명공학부 교수가 유사한 크기를 가진 단백질이 기공 크기와 표면전하를 인식해 분리되는 새로운 멤브레인 제조 기술을 개발했다.
최 교수와 포항공과대학 김동표 교수 공동연구팀은 미세 기공을 가진 금속-유기 구조체 물질(metal-organic frameworks)에 큰 기공을 효과적으로 뚫을 수 있는 식각공정과 기공의 표면전기 조절기술을 활용하여 단백질을 포함한 거대·복합 분자의 선택적이고 효율적인 분리가 가능한 표면전기 인식형 분리막을 개발하는데 성공했다고 9월 27일 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단의 신진연구자지원사업의 지원을 받았으며 연구결과는 세계적 권위 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션’ 온라인판에 게재됐다.
(논문명: Metal-organic framework patterns and membranes with heterogeneous pores for flow-assisted switchable separations)
이전에는 미세 기공만으로 구성된 금속-유기 구조체 분리막의 경우 단순한 형태의 작은 분자물질 및 기체만이 분리 가능했고, 구조가 크고 복잡한 바이오물질의 분리는 불가능했다. 또한 단백질과 같은 거대‧복합 분자는 거대 기공을 가진 분리막을 사용해야 하지만, 거대 기공 내장형 분리막의 제조 뿐 아니라 분리막 내부에 존재하는 공간의 표면전기 조절이 어려워 유사한 크기를 가지는 거대‧복합 물질의 선택적 구분이 어렵다는 문제가 있었다.
이에 공동 연구팀은 미세 기공으로 구성된 금속-유기 구조체 내의 특정 유기작용기(카르복실기)와 금속이온의 결합만을 절단하는 촉매화학 반응(탈카르복실화)을 이용하여, 골목 터널과 같은 미세 다공성 금속-유기 구조체 분리막 내부에 크기가 큰 물질도 이동할 수 있도록 고속도로 터널과 같은 거대기공을 굴착할 수 있는 식각법을 새롭게 개발했다.
그림설명: 금속-유기 구조체 입자와, 패턴 및 분리막에서의 거대기공 형성 및 이를 활용한 유사 단백질 분리에 응용 제조된 미세 다공성 금속-유기 구조체의 입자, 패턴 및 분리막에 선택적 식각 처리 방법을 도입하여 거대 기공을 형성하고 유동보조 시스템에 적용하여 유사 단백질을 선택적으로 분리 할 수 있게 된다.
연구팀이 개발한 식각법으로 형성한 거대기공 및 미세기공 표면에 양전기 혹은 음전기를 가지도록 하면 유사한 크기를 가진 단백질이지만 자체 형성된 전기가 다른 거대‧복합 물질들이 분리막의 지날 때 전기적인 이끌림과 반발력에 의해 이동성 차이가 발생하는 원리에 의해 선별 분리된다.
뿐만 아니라, 기공의 표면전기 특성을 전환할 수 있는 유동성 액체를 분리막에 흘려줌으로서 음전기 혹은 양전기를 띤 단백질을 손쉽게 분리할 수 있는 멤브레인 시스템은 특정한 단백질을 분리할 필요가 있을 경우 분리공정의 전환이 매우 용이해졌다.
이번 연구는 기존에 거대‧복합 물질에 적용하지 못했던 금속-유기 구조체에 거대기공을 도입하여 성공적으로 유사 단백질의 선택적 조절에 적용될 수 있음을 보인 사례로써, 우회적으로 복잡한 방법을 선택해야 했던 화학 및 생물학 분야의 많은 연구자, 노동자들에게 보다 쉽고 선택적이며 효율적인 분리막 제조 및 활용법을 제공할 수 있을 것이라 기대된다. 최 교수는 “다양한 패턴 형태와 크기의 분리막 제조가 가능하기 때문에 각종 단백질 물질의 맞춤형 정밀한 분리장치로서 활용된다면 향후 각종 바이오의약 물질의 상용화 공정에 매우 유용할 것으로 예상된다”고 밝혔다.