연구성과

신소재 오승수 교수팀, 원하는 대로 척척… DNA·단백질도 3D 프린팅하는 시대

2023-03-29 638

[오승수 교수팀, 세계 최초 3차원 나노 해상도 프린팅 핵심 기술 개발]

3D 프린터는 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 3D 프린터로 건축물을 만들기도 하고, 인공장기를 만들기도 한다. 그러나 미세 영역으로 들어가는 경우, 생체 고분자(DNA, 단백질, 효소)들은 각각 고유한 구조와 성질을 갖고 있어 이를 인위적으로 제어하기 어렵다. 과연 미세 영역에서도 3D 프린팅을 통해 자유자재로 원하는 크기와 모양을 갖는 생체 고분자를 구현해낼 수 있을까?

신소재공학과 오승수 교수 · 제정호 명예교수 · 용문중 박사 · 통합과정 양운 · 강병화씨 연구팀은 다양한 생체 고분자에 광범위하게 적용할 수 있고, 고분자의 형태와 기능의 변형 없이 자유롭게 제어할 수 있는 ‘3차원 고정밀 나노 프린팅’ 기술을 개발했다. 이 연구는 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’지에 게재됐다.

연구팀은 생체 고분자가 들어있는 용액을 순차적으로 억류, 증발, 응고시키는 과정을 통하여 온전한 형태와 기능을 유지한 3차원 프린팅을 구현하는 데 성공했다. 이 기술을 통해 원하는 3D 미세 패턴을 형성할 수 있으며, 형성된 나노 패턴은 구조적 · 기능적 손상 없이 다양한 용매에서 생물학적 기능을 수행할 수 있다. 또한, 첨가제를 전혀 사용하지 않고도 순도 100퍼센트의 생체 고분자 패턴 제작이 가능하다.


이번 연구를 통해 ‘분자 수준의 미세 영역에서 나타나는 용액의 증발과 응고 현상이 생체 고분자 유형과 관계없이 발생한다’는 원리를 이용하여 다양한 영역에서 적용 가능한 기술이 개발되었다. 생체 고분자 용액에서 나타나는 기본적 증발과 응고 현상에만 기반하기 때문에, 프린팅 과정에서 생체 고분자의 손상이나 변형이 일어나지 않는다는 장점이 있다.


이 기술은 미세한 생체 조직을 분석하고, 모방할 수 있는 물질을 개발하는 데 활용이 가능하여 생체 환경에서 제 기능을 할 수 있는 인공 세포 조직, 바이오 칩 제조 등에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구진은 해당 기술을 기반으로 실제 의학 연구와 약물 개발 분야에 활용될 수 있는 차세대 세포 모방 디바이스 프린팅 기술로 발전시켜 나갈 계획이다.

연구를 주도한 오승수 교수는 “기능과 구조적으로 100퍼센트 활성화된 생체 고분자의 초미세 3D 프린팅의 가능성을 세계 최초로 증명한 결과라는 점에서 중요한 의미가 있다”고 강조하였다. 또, 제정호 명예교수는 “생체 활성 고분자뿐 아니라, 양자점(Quantum dot), 탄소 나노 튜브 등을 포함한 각종 복합 재료를 적용하여 더 다양하고 광학적 · 전기적 특성을 가진 소재의 프린팅으로 확장시킬 수 있다는 점에서 잠재력이 큰 기술”이라고 평가했다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 이공분야기초연구사업 전략과제, 집단연구사업 기초연구실, 개인연구사업 기본연구, STEAM 연구사업, 글로벌박사양성사업, BK21 FOUR 지원사업의 지원으로 수행됐다.