석영 나노면도날 이용한 마이크로 미세조류 파쇄 기술 개발

유용 미세조류 이용한 바이오연료 및 화학소재 생산 기여 기대

［메디컬투데이 박수현 기자］

단단하고 두꺼운 미세조류를 물리적으로 파쇄하여 그로부터 유용한 물질을 효과적으로 추출할 수 있는 기술이 소개됐다.

한국연구재단은 정성욱 교수와 오유관 교수(부산 대학교 응용화학공학부) 연구팀이 석영 결정 소재 나노면도날로 미세조류 바이오매스를 더욱 효과적으로 파쇄할 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

광합성 미세조류(H. pluvialis)로부터 항산화물질 아스타잔틴(ATX) 등을 얻을 수 있지만, 미세조류의 견고한 다중구조 세포벽 때문에 추출을 위한 전처리과정인 파쇄공정에 많은 에너지가 필요한 실정이었다.

이에 연구팀은 종전 화학적 방법으로 미세조류를 응집시켜 녹이는 마그네슘 유기 나노점토 대신 물리적 방법으로 미세조류를 파쇄시키고자 석영 나노결정에 주목했다.

석영은 지구에 존재하는 가장 흔한 미네랄 성분으로, 보석이나 시계 같은 일상용품부터 전자제품의 핵심부품인 압전진동 소자, 유리, 내열성 세라믹 소재, 금속 성형 및 주조 등 여러 산업분야에까지 다양하게 쓰이고 있다.

▲정성욱-오유관 교수 (사진= 한국연구재단 제공)

상대적으로 합성하기 쉬운 둥근 형태가 아닌 날카로운 경계면을 지닐 수 있는 비등방성(anisotropic) 구조의 석영 나노결정으로 미세조류를 절개하여 파쇄하는 방식을 시도한 것이다.

비등방성은 물체의 물리적 성질이 방향에 따라 달라지는 성질을 말한다.

그 결과, 연구팀은 초박형 평판 형태로 석영 나노결정입자를 친환경적으로 대량으로 합성할 수 있는 최적 친환경 수열반응(hydrothermal reaction)을 개발하고 이를 통해 매우 균일한 비등방성 구조를 구현해냈다.

더 나아가 연구팀은 이렇게 합성된 날카로운 모서리를 지닌 7~8 나노미터 두께의 나노면도칼을 이용해 광합성 미세조류의 단단하고 두꺼운 세포벽을 단시간에 적은 에너지로 파쇄, 아스타잔틴 추출효율(효율 99%)을 끌어올리는 데 성공했다.

아울러 사용된 나노면도칼의 효과적인 회수 및 재사용으로 경제성 확보도 용이해 연구팀은 이번 연구에 사용된 미세조류 이외에도 단단하고 두꺼운 세포벽을 가진 다양한 산업용 미생물에도 적용할 수 있을 것으로 보고 있다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 기본연구 및 중견연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 화학공학 분야 국제학술지‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 11월 3일 게재되었다.