영남대, 규조류 모방 '마이셀 기반 극막 실리카 나노입자 생촉매' 개발

김창섭 교수 연구팀 '탄소 저감 생촉매 활용 가능 극막 실리카 나노입자' 개발

향상된 물질 전달과 안정성을 통해 효소 기반 녹색 화학 기술의 활용도 높여

영남대학교 화학과 김창섭 교수 연구팀 (왼쪽부터 김창섭 교수, 이애설 학생, 허혜령 박사)[사진=영남대학교]

영남대학교(총장 최외출) 화학과 김창섭(40) 교수·허혜령 박사(36) 연구팀이 탄소 저감 생촉매로 활용 가능한 마이셀 기반 극막 실리카 나노입자를 개발했다고 14일 영남대학교가 밝혔다.
 
효소(Enzyme)는 높은 활성 및 선택성, 적은 부산물, 친환경적 조건 등 장점이 있지만 안정성이 낮아 산업에서 활용이 제한적인 반면, 탄산무수화효소(Carbonic Anhydrase, CA)1는 이산화탄소를 수화하는 생촉매로서 탄소 포집 및 제거 기술(Carbon Capture and Sequestration, CCS)에 활용 가능한 환경 관련 산업분야에서 큰 관심을 받고 있는 단백질이다.
 
최근 김 교수 연구팀은 탄산무수화효소의 안정성을 높이고, 탄소 저감 생촉매제로서 산업 활용도를 높이기 위해 생체 모방 효소 캡슐화 기술을 개발했다. 연구팀은 “이번에 개발한 기술로 규조류의 생규화반응을 활용해 규조류2 내 환경과 구조를 모방하고, 동시에 효소를 외부 스트레스 환경으로부터 보호할 수 있다”면서 “규조류 유래 실리카 형성 펩타이드와 탄산무수화효소가 표면에 고정된 마이셀3을 주형으로 극막 실리카층을 가진 나노입자를 개발했다. 극막의 실리카층으로 효소 안정성이 증가했을 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 수 있는 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, 박사수료)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 선공개 됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 신진연구자지원사업, 세종과학펠로우쉽사업 및 선도연구센터 기초의과학분야(MRC)사업의 지원을 받아 수행됐다.