영남대 화학과 김창섭(40) 교수와 허혜령(36) 박사의 연구팀이 탄소 저감 생촉매로 활용 가능한 마이셀 기반 극막 실리카 나노입자를 개발했다.
효소(Enzyme)는 높은 활성 및 선택성, 적은 부산물, 친환경적 조건 등 장점이 있지만, 안정성이 낮아 산업에서 활용이 제한적이지만 탄산무수화효소(Carbonic Anhydrase, CA)*1는 이산화탄소를 수화하는 생촉매로서 탄소 포집 및 제거 기술(Carbon Capture and Sequestration, CCS)에 활용 가능한 환경 관련 산업 분야에서 큰 관심을 받는 단백질이다.
최근 김 교수 연구팀은 탄산무수화효소의 안정성을 높이고, 탄소 저감 생촉매제로서 산업 활용도를 높이고자 생체 모방 효소 캡슐화 기술을 개발했다.
연구팀은 “이번에 개발한 기술로 규조류의 생규화 반응을 활용해 규조류*2 내 환경과 구조를 모방하고, 동시에 효소를 외부 스트레스 환경으로부터 보호할 수 있다”면서 “규조류 유래 실리카 형성 펩타이드와 탄산무수화효소가 표면에 고정된 마이셀*3을 주형으로 극막 실리카층을 가진 나노입자를 개발했다. 극막의 실리카층으로 효소 안정성이 증가하였을 뿐만 아니라 물질 전달(mass transfer) 제한을 최소화하는 데 성공했다”고 연구 성과를 밝혔다.
연구팀을 이끈 김창섭 교수는 “이번에 개발한 마이셀 기반 극막 실리카 나노입자 생촉매는 탄소 포집 및 제거 기술(CCS) 반응 조건에서도 향상된 안정성을 보여주었다. 이를 통해 개발된 생촉매가 실제 산업 환경에서 활용될 가능성을 보여준 것”이라면서 “효소 기반 기술 활용도를 높일 수 있고 적용 가능한 효소나 생체분자에 제한이 없어 의공학적 응용 분야에 적용하는 연구를 계획하고 있다”라고 말했다.
이번 연구는 영남대 대학원 생화학과 이애설(30, 박사 수료)씨가 제1저자로 참여했으며, 연구논문이 화학공학 분야 국제 저명저널 <케미컬 엔지니어링 저널> (Chemical Engineering Journal, 영향력지수(IF) 15.1, 상위 5% 이내) 최신호(2023년 10월 1일자)에 온라인 선 공개 됐다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 신진연구자지원사업, 세종과학펠로우쉽사업 및 선도연구센터 기초의과학분야(MRC)사업의 지원을 받아 수행됐다.
용어 안내
*1 탄산무수화효소(Carbonic Anhydrase, CA) : 이산화탄소와 물을 반응시켜 탄산염을 자연 반응보다 천만 배 빠르게 만드는 단백질
*2 규조류 : 광합성을 하는 단세포 미생물로 바다에 풍부하나, 일부 민물 호수에서도 살아가는 플랑크톤
*3 마이셀 : 비누와 같은 계면활성제가 일정 농도 이상에서 모인 집합체로 물을 싫어하는(소수성) 부분이 핵을 형성하고 물을 좋아하는(친수성) 부분은 물과 닿는 표면을 형성하는 3차원적 구조체
/심한식기자 shs1127@kbmaeil.com
