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나노텍과 바이오텍의 만남

[출처 : http://www.upi.com/view.cfm?StoryID=20021015-032707-7801r : 2002년 10월 15일]

유기물질과 무기물질, 유기시스템과 무기시스템 간의 구별이 나노테크놀로지의 개발과 더불어 서서히 사라지고 있다. 나노과학은 물질을 원자나 분자 또는 생물세포내 구조체의 크기 수준에서 조작한다. 버지니아주 '나노테크놀로지 이니셔티브'의 책임자 나산 스와미는 "나노미터 규모는 생물학적 시스템이 상호작용을 나타내는데 완벽한 규모"라고 말한다.

나노텍과 바이오텍의 관심이 겹치는 세 주요분야는 구조, 기능, 제조 분야이다. 구조를 예로 들면, 나사의 재료과학자인 에밀리 시오키가 언급하듯, 나노텍의 관심은 생물학적 시스템이 늘 그렇듯 나노소자(세포)로부터 구조적 구성분(기관)으로 도약하는 것이다. 만일 나사가 그러한 과정의 비밀을 풀어낸다면 변화하는 조건에 적응하는 새의 능력을 흉내내어 비행기 날개를 설계하고 제작하는데 큰 도약을 이룰 것이다.

그 같은 일의 한 예가 (+) 전하에 노출되었을 때 어느 한 쪽 방향으로 구부러지고 (-)로 대전되면 다른 방향으로 구부러지는 고분자 소재이다. 이 원리를 이용한 가장 간단한 예가 화성착륙선에 사용된 와이퍼(wiper)이다. 그러나 더 견고한 소재라면 원하는대로 구부릴 수 있는 비행기 날개의 소재로 사용될 수 있을 것이다.

나사 랭글리연구소가 진행하는 프로젝트들 중 바이오 시스템에서 영감을 얻은 것은 우주선의 외피용으로 자체수선(self-healing)이 가능한 고분자나 사고나 충돌시 화염이 번지는 것을 막아주는 항공기 내부용 고내열 소재가 있다.

나노 소재는 또한 생체조직과 직접 결합될 때 매우 유망하다고 버지니아코먼웰스대학교(Virginia Commonwealth Univ.; VCU)의 화공과 교수 게리 우닉은 말한다. 모든 생체조직을 지지하고 있는 세포 바깥의 매트릭스와 골격은 나노기술로 제조가 가능한 직경 20 내지 100 nm인 섬유를 기초로 한다. VCU를 비롯한 여러 연구기관들은 수십-수백 nm 직경의 콜라겐 섬유를 전기방사법(electrospinning)을 사용하여 제조할 수 있음을 보여주었다.

고분자 용액을 미세한 노즐이 설치된 용기에 담고 노즐로부터 일정한 거리에 드럼을 설치한 다음, 노즐과 드럼 사이에 전압을 가하면 용액은 연속하여 노즐을 빠져 나와 드럼 쪽으로 감기게 된다. 이 때 형성된 섬유의 직경은 수십 내지 수백 nm이다. 우닉은 이 전기방사법으로 직경이 약 100nm인 잘 정렬된 콜라겐 섬유를 제조할 수 있으며, 이섬유 매트릭스 위에서 근육조직과 같은 살아있는 세포를 성장시킬 수 있다고 말한다. 이 방법은 수년간 테스트를 거쳤으며 FDA의 승인을 기다리고 있다. 콜라겐 나노섬유는 향후 10년 내 즉석에서 출혈을 멈추게 하거나 혈관을 치유하는 패치 제품으로 상업화될 수 있을 것이나, 신경계 조직의 성장에 사용되는 보다 복잡한 매트릭스 시스템 등의 상업화에는 더 긴 기간이 필요할 것이다.

더욱 단기간에 가시화될 나노/바이오 응용에는 현재 의학용 촬영과 치료에 사용되는 방사성 물질들이 있다. 80개의 탄소로 이루어진 버키볼은 잠재적으로 독성을 지닌 영상물질(imaging agent)을 감쌀(encapsulation) 수 있다. 버키볼에 싸여진 물질은 인체의 세포와 상호작용을 피할 수 있기 때문에 x-선 또는 NMR 촬영시 보다 선명한 이미지를 제공한다. - (patkr21@hotmail.com)