DGIST 홍선기 교수, 자연 멜라닌 형성… 국소 형성하는 'PAINT' 기술 개발

원하는 위치에만 접착성을 갖는다

국제학술지 'Nature Communications' 논문 게재

DGIST 화학물리학과 홍선기 교수 연구팀은 자연의 멜라닌 형성 과정을 모방하여 다기능성 유기 색소를 원하는 위치에 국소 형성하는 ‘PAINT’ 기술을 개발했으며, 화학물리학과 홍선기 교수(위), 정해진 박사과정생이다. [사진=디지스트]

DGIST 화학물리학과 홍선기 교수 연구팀은 자연의 멜라닌 형성 과정을 모방하여 다기능성 유기 색소를 원하는 위치에 국소 형성하는 ‘PAINT(Progressive Assembly on an Initiator-loaded Template)’ 기술을 개발했다고 31일 전했다.
 
이번 연구는 한국연구재단 선도연구센터(자성기반라이프케어연구센터)와 신진연구지원사업 및 DGIST 센소리움 연구소와 창의도전연구(HRHR)의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지인 ‘Nature Communications’에 게재됐다.
 
자연의 천연색소인 ‘멜라닌’은 홍합의 접착 단백질과 유사하게 다수의 카테콜 작용기에서 기인하는 높은 수중 접착성으로 표면의 종류와 상관없이 접착할 수 있다. 최근 이러한 특이성질을 모사한 다기능성 유기 신소재가 개발되어 다양한 분야에 널리 활용되고 있다.
 
하지만, 유기 신소재와 다양한 소재군을 접목하여 새로운 소자를 개발하는 과정에서 특유의 장점인 접착성으로 인해 원하지 않는 위치까지 유기물이 코팅되는 문제가 발생하고 있다. 이를 해결하기 위해 포토리소그래피를 활용하여 코팅 위치를 특정하는 방식을 사용하고 있지만, 복잡한 다단계 반응과 함께 고가의 장비 사용이 요구되는 단점이 존재한다.

 
연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 자연의 멜라닌 형성과정을 면밀하게 조사했고, 그 결과 단백질 주형의 촉매 활성이 패턴 형성 위치 특정에 매우 중요한 임무를 수행함을 알게 됐다.
 
이에 연구팀은 이를 모사한 유기 색소 합성 반응 실험을 진행했다. 국소적으로 촉매 활성을 가지도록 1차 개질된 표면에서 합성 반응 개시를 유도하여 유기 색소를 제작했고, 확인 결과 우수한 접착성을 통해 유기 색소가 주변으로 퍼지지 않고 자발적으로 개시된 위치에만 선택적으로 부착되어 패턴을 형성함을 확인할 수 있었다.
 
표면에 국소적으로 형성된 유기 색소 패턴은 자연의 멜라닌과 유사하게 자외선 및 가시광선, 근적외선 영역의 넓은 흡광 특성을 보였으며, 특히 흡수된 근적외선은 자발적으로 소재에 의해 열에너지로 전환되면서 국소적으로 열을 발생하여 이를 통해 표면 선택적인 세포 사멸을 유도하거나, 엑추에이터를 구동할 수 있음을 확인했다.
 
DGIST 화학물리학과 홍선기 교수는 “이번 연구로 개발된 PAINT 기술은 범용 접착성을 가지는 소재를 원하는 위치에만 선택적으로 도입할 수 있는 새로운 기술이다”라며 “PAINT 기술이 기반이 되어 멜라닌의 특성인 우수한 흡광 특성, 활성산소 소거 활성, 생체적합성 등이 적용된 멜라닌 모사 유기 신소재가 다양하게 개발되기를 기대한다”라고 밝혔다.