나노캡슐 제조법 관련 이미지. 용액에 녹아있는 분자에 ‘자외선’을 쬐어주면 얇은 판상의 고분자 ‘조각’이 형성되고 이 조각이 일정 크기 이상이 되면 ‘자발적으로’ 구(球) 형태를 형성하게 된다.
분자표면 변형 관련 이미지. 쿠커비투릴로 만든 나노캡슐은 자유자재로 구멍에 특정분자를 끼워 표면을 변형시킬 수 있어 특정 세포나 장기 내부로 효율적인 약물 전달이 가능해진다.
세계적인 화학저널 안게반테 케미(Angewandte Chemie)’에 발표한 국내 과학자의 연구결과가 네이처 나노테크놀로지 케미스트리 월드’ 등 세계 화학, 의학 관련 저널에 잇따라 소개되면서 크게 주목을 받고 있다.
화제가 된 연구 결과는 포스텍(포항공과대학교, POSTECH) 화학과 김기문(金基文ㆍ53 지능초분자연구단장) 교수팀이 개발한 고분자 나노캡슐 제조법으로, 기존의 나노캡슐 제조법에 대한 고정관념을 완전히 뒤엎은 연구결과로 평가받고 있다.
또 김 교수팀의 연구결과는 의학에 적용할 수 있는 새로운 기법을 제시해 나노공학과 화학계는 물론 세계 의학계로부터 크게 관심을 끌고 있다.
이 연구결과를 네이처 자매지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)가 주목해야 할 연구(Research Highlights)로 선정, 나노캡슐: 공동(空洞)의 성공(Nanocapsule : A hollow victory)’란 제목으로 지난 1월 26일 주요 뉴스로 소개하고 영국왕립화학회가 발행하는 케미스트리 월드(Chemistry World)’는 ‘약물 전달에 적합화된 나노 호박들(Nano-Pumpkins fitted for drug delivery)’이란 제목으로 지난 12일자에 주요 뉴스로 보도했다.
ScienceDaily, FirstScience, Chemie 등 관련 전문언론 외에도 의학전문 언론인 Medical News Today 등에서도 이 연구결과를 앞다퉈 주요 기사로 소개했으며, 엘스비어 출판사가 발행하는 나노 투데이(Nano Today)’ 4월호 역시 김 교수팀의 연구를 주목할 연구 결과로 각각 소개할 예정이다.
네이처 나노테크놀로지는 “나노캡슐은 약물전달에서 화상진찰에 이르기까지 다양하게 활용할 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 나노캡슐을 만드는 과정이 복잡하고 캡슐을 형성하기 위한 별도의 주형이 필요하다는 단점이 있었다”며 “한국 포스텍의 연구자들이 주형이 필요치 않은 나노캡슐의 간단한 제조법을 제시했다”고 이 연구 결과를 평가했다.
또 케미스트리 월드는 “김 교수팀이 개발한 것처럼 주변 환경과 확실하게 상호작용할 수 있는 나노캡슐은 거의 알려져 있지 않았다”는 독일 비엘레펠트대의 아킴 뮬러(Achim Müller) 교수의 말을 인용, 나노캡슐의 제조과정과 함께 상세하게 보도했다. 뮬러 교수는 무기물로 이루어진 비슷한 캡슐을 제조해 세계적 화제를 모은 바 있는 저명한 과학자다.
김기문 교수와 김동우(金東佑ㆍ29세) 박사팀의 나노캡슐 제조방법은, 용액에 녹아있는 분자에 자외선’을 쬐어주면 분자들이 2차원적인 면으로 연결되어 얇은 판상의 고분자 ‘조각’이 형성되고 이 조각이 어느 크기 이상 되면 구(球) 형태를 이루려는 성질을 이용, ‘자발적으로’ 캡슐이 형성되도록 하는 방법이다.
다른 첨가제를 사용하거나 주형을 사용할 필요가 없는 나노캡슐 제조의 새로운 개념으로서 용매를 바꾸어주는 것만으로도 나노캡슐의 크기를 50~600nm까지 조절할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
김 교수팀의 연구는 고분자 나노캡슐은 첨가제나 주형이 없이 제작할 수 없고 분자를 중합*하면 구성분자들이 방향성 없이 결합하여 3차원 네트워크를 가지는 고분자가 형성된다는 기존의 고정관념과 연구결과를 뒤엎은 것이다. 이 연구 결과는 독일화학회가 발간하는 화학분야 최고 권위지 ‘안게반테 케미’ 4월호 커버스토리로 게재될 예정이며, 온라인으로는 지난달 15일 발표됐다.
또 이 연구결과는, 특정 분자와 강하게 결합하는 물질을 캡슐의 재료로 사용하면 사용자의 필요에 따라 나노캡슐이 특정한 세포나 장기를 인지하도록 쉽게 변형시킬 수 있다는 점 때문에 세계 의학계로부터 주목을 끌었다.
이들은 다양한 분자 중에서도 연구팀이 세계 최초로 합성해 국제 특허를 보유하고 있는 쿠커비투릴(cucurbituril)이라는 분자를 이용, 나노캡슐을 만들어냈다. 분자 가운데 작은 구멍이 있는 쿠커비투릴로 만든 나노캡슐은 표면에 미세한 구멍이 나 있어 특정 분자와 강하게 결합할 수 있고 이를 이용하여 캡슐표면의 물리적ㆍ화학적 성질을 손쉽게 변형할 수 있다. 예를 들어 나노캡슐 표면에 엽산 분자를 도입하면 이 나노캡슐은 종양세포를 인지하여 세포 내부로 손쉽게 침투할 수 있게 된다.
김기문 교수 연구팀은 “나노캡슐 표면의 성질을 손쉽게 바꿀 수 있고 캡슐내부에 약물 뿐 만 아니라 다양한 물질을 저장할 수 있기 때문에 특정한 암세포 또는 장기에 약물을 전달할 뿐 아니라 진단에도 활용할 수 있다”고 설명했다.
한편, 이번 연구는 과학기술부 창의적 연구 진흥사업의 지원으로 이뤄졌다.
나노 호박 : 김기문 교수 연구팀이 나노 캡슐 제작 시 사용한 ‘쿠커비투릴’이 호박과 비슷한 외형을 가지고 있어 호박이 속한 박과의 학명 Cucurbitaceae에서 착안해 이름이 지어졌으며 케미스트리월드의 헤드라인은 바로 이 점을 두고 지어진 것이다.
특정세포 인지하는 나노캡슐 제조법 개발
