박지훈 교수 연구팀, 탄수화물 이용한 나노코팅 기술 개발
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- 등록일2021.10.26
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철분을 함유한 탄수화물 복합체 통해 응용가치 무궁무진한 원천기술 개발
석사과정생과 학부생이 주 저자로 참여해 연구 수월성 증명
사범대학 과학교육과 학부생이 공동저자로 참여한 연구논문이 재료과학 분야 상위 5% 국제학술지인 <응용표면과학(Applied Surface Science)>에 게재됐다. 이 저널은 재료과학 및 코팅·필름 분야 S급 학술지다.
(오른쪽부터) 박지훈 교수, 이현정 석사과정생, 한예희 학부생
과학교육과 화학교육전공 박지훈 교수 연구실의 학부연구생인 한예희 씨와 석사과정 이현정 씨가 공동저자와 제1저자로 각각 참여한 이번 연구논문 「Enhanced Deposition of Fe(III)-Tannic Acid Complex Nanofilm by Fe(III)-Embedded Dextran Nanocoating」은 탄수화물을 이용해 나노코팅층을 형성할 때 코팅층의 두께와 거칠기를 원하는 대로 조절할 수 있는 원천기술에 관한 것이다. 김서림 방지, 오염 방지, 식품 보존기간 증대 등 다양한 성능을 부여하는 기능성 나노코팅 기술은 활용가능성이 무궁무진해 미래를 선도할 핵심기술로 주목받고 있다. 실제로 기능성 나노코팅 기술은 연평균 20% 이상 성장하고 있으며, 2022년에는 약 15조원의 세계시장규모에 이를 것으로 전망된다. 이러한 중요성에도 불구하고 나노코팅층 형성 메커니즘 연구는 초기 단계에 머물러 있는 실정이다.
연구팀은 나노코팅 기술 개발을 위해 탄수화물의 일종으로 철분을 함유할 수 있는 특성을 가진 ‘덱스트란(dextran)’ 물질에 주목했다. 연구팀은 덱스트란과 철분 복합체 형성과 표면 흡착성질을 면밀히 탐구하였고, 이를 기반으로 나노코팅층 형성 최적조건을 찾아냈다. 그 결과, 나노코팅층이 철분을 전달해줄 수 있는 표면 매개체로 작용할 수 있음을 입증했으며 풍부한 표면 철분 농도와 철분-폴리페놀 나노코팅층 형성을 통해 기존 연구결과보다 3배 이상의 확연히 늘어난 두께와 표면 거칠기 변화를 관찰하며 코팅층의 두께와 표면 성질을 원하는 만큼 미세하게 제어할 수 있는 가능성을 확인했다.
(좌) 철분을 함유한 덱스트란 나노코팅층의 나노코팅 부스팅 효과 (우) 나노코팅층의 표면 원자현미경 사진
이 기술은 코팅층의 성질을 제어할 뿐 아니라 탄수화물과 폴리페놀 물질을 융합할 수 있는 복합 나노코팅 기술이라는 점에서도 큰 의미가 있다. 박지훈 교수는 “신규 개발된 나노코팅 기술은 복합체 내부의 탄수화물과 폴리페놀 물질들을 융합하여 시너지 효과를 기대할 수 있고, 이를 통해 약물전달 및 의약품 연구에 활용될 수 있어 기대를 모은다”고 말했다.
연구에 참여한 학부연구생 한예희 씨는 학부 2학년 여름부터 연구과제에 참여하며 논문에 공동저자로 이름을 올렸다. 내년 2월 학부 졸업을 앞두고 있는 한 씨는 과학교육과 석사과정에 진학해 연구 활동에 매진할 계획이다. 한 씨는 “과 특성상 임용을 준비하는 학생들의 비율이 높기는 하지만, 자연과학 분야의 심화된 지식을 배울 수 있어 연구자 등 다양한 분야로의 길이 열려 있다”며 “학부생 인턴으로 연구에 참여하며 많은 것을 배웠고, 앞으로도 인간의 삶에 도움이 되는 연구를 계속하고 싶다”고 포부를 밝혔다.
제1저자로 연구에 참여한 석사과정 이현정 씨는 “학부 시절부터 박지훈 교수님 지도하에 나노코팅의 표면 제어 분야에 꾸준히 관심을 갖고 연구를 진행한 결과 좋은 성과를 얻을 수 있었고 향후 원천 기술을 넘어 실제 응용이 가능한 나노의학 기술을 개발할 수 있기를 기대한다”고 말했다.
박지훈 교수는 지난 해 10월 인체에 무해한 친환경·반영구 나노코팅 기술을 개발해 특허출원 및 상용화 연구를 진행한 바 있으며, 의약품 연구에 활용 가능한 이번 나노코팅 기술 역시 국내 특허 출원되어 심의 중이다. 박지훈 교수는 올해 안에 이화여자대학교 산학협력단 기술지주회사 자회사 설립을 통해 나노코팅 기술 개발 및 축적된 나노코팅 기술들을 이용하여 나노코팅 제품 출시를 계획하고 있다.