김범준 KAIST 교수팀, 온도감응성 계면활성제 개발
"암세포 감지, 약물 전달 등 적용 가능"···'어드밴스드 머터리얼즈'에 게재

PNIPAM를 이용한 스마트 블록공중합체 입자 제작 모식도. <자료=한국연구재단 제공>
PNIPAM를 이용한 스마트 블록공중합체 입자 제작 모식도. <자료=한국연구재단 제공>
온도에 따라 모양이 변하는 스마트 입자가 국내 연구진에 의해 만들어졌다.  

한국연구재단(이사장 조무제)는 김범준 KAIST 교수 연구팀이 온도 변화에 따라 성질이 바뀌는 고분자를 이용해 인체의 정상체온 등 외부 온도에 따라 입자 모양이 자유자재로 변하는 스마트 마이크로입자 제작 기술을 개발했다고 29일 밝혔다. 

입자 모양은 입자의 특성(광학적 특성 및 세포와의 상호작용 등)을 결정하는 중요한 인자다. 다양한 모양을 갖는 비구형입자(바둑알·럭비공·도넛 형태 등)는 구형과는 달리 모양에서 비롯된 특성 때문에 디스플레이용 광결정 물질, 광화학 센서, 코팅필름, 화장품 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 

더 나아가 외부 자극에 반응해 스스로 모양이 변하는 스마트 입자는 자극 조건에 따른 선택적인 약물전달, 색변화가 가능한 코팅 재료 등 보다 다양한 분야로 응용 가능하다. 

하지만 현재 개발된 스마트 입자는 제작과정이 복잡해 모양 변화가 힘들어 사용이 제한적이다. 

연구팀은 외부 온도 자극에 따라 계면 특성을 선택적으로 변화시킬 수 있는 '폴리N아시소프로필아크릴아마이드(PNIPAM)' 기반의 온도감응성 계면활성제를 개발했다. 

연구팀은 개발한 온도감응성 계면활성제로 고분자 배열이 조절되는 볼록렌즈 형태 혹은 타원체 형태의 비구형 입자를 형성할 수 있었다. 이런 입자 모양은 온도 조건에 따라 결정된다. 

더욱이 전이온도 변화가 다른 PNIPAM 유도체를 계면활성제로 사용해 입자의 모양 변형이 일어나는 전이온도를 3도에서 50도까지 손쉽게 조절할 수 있도록 했다. 

개발된 스마트 입자는 온도 감응 범위를 조절할 수 있어 생물학을 비롯해 의료 부분에 활용될 수 있수 있을 것으로 연구팀은 내다보고 있다. 또 향후 외부 온도나 자극에 따른 선택적인 약물전달, 특이성을 보이는 세포 감지 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 

김범준 교수는 "온도, 빛, 압력, 수소이온농도(pH) 등 다양한 외부자극에도 입자의 모양은 변화할 수 있다. 이는 특이성을 보이는 암 세포를 감지하거나 온도의 변화에 따른 선택적인 약물 전달 등 다양한 분야에 적용될 수 있다"고 말했다. 

이번 연구 내용은 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 6월 8일자에 실렸다. 

 PNIPAM 첨가 전후 블록공중합체 입자의 구조변화(전자현미경 이미지). <자료=한국연구재단 제공>
PNIPAM 첨가 전후 블록공중합체 입자의 구조변화(전자현미경 이미지). <자료=한국연구재단 제공>
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