[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 부산대학교 응용화학공학부 정성욱 교수와 오유관 교수 연구팀이 석영 결정 소재 나노면도날로 미세조류 바이오매스를 더욱 효과적으로 파쇄할 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.
이산화규소 혹은 실리카는 지구상의 존재하는 가장 흔하게 발견되는 미네랄 성분으로 일상 생활용품부터 여러 산업 분야의 다양한 용도에 핵심 소재로 사용되고 있다.
대부분의 실리카는 상온과 대기압 조건에서 원자 배열의 규칙성이 없는 비정질(amorphous) 형태와 결정(crystalline) 형태의 석영 구조를 가진다.
둥근 형태의 등방성(isotropic) 비정질 실리카 나노 입자와 석영 나노결정 입자 합성에 관한 선행 연구는 많이 진행되어 왔으나 비등방성(anisotropic) 구조의 석영 나노결정 입자의 합성은 지금까지 보고된 적이 없다.
특히 광합성 미세조류(Haematococcus pluvialis, H. pluvialis)는 다양한 환경 조건에서 세포 노화를 유발하는 활성산소를 제거하는 천연 항산화 물질인 아스타잔틴(astaxanthin, ATX)을 고농도로 다량 생산 및 세포 내 축적이 가능하다.
하지만 기존 아스타잔틴 추출 및 회수 공정은 광합성 미세조류의 매우 견고한 다중 구조의 세포벽 때문에 아스타잔틴 회수를 위한 파쇄공정에 과도한 에너지가 필요하다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 지금까지 보고된 적이 없는 비등방성 구조를 가지는 2차원 나노판 형태의 초박형 알파-석영 나노결정 입자의 합성 방법을 처음으로 개발했다.
연구과정을 보면 종전 화학적 방법으로 미세조류를 응집시켜 녹이는 마그네슘 유기 나노점토 대신 물리적 방법으로 미세조류를 파쇄시키고자 석영 나노결정에 주목했다.
이어 상대적으로 합성하기 쉬운 둥근 형태가 아닌 날카로운 경계면을 지닐 수 있는 비등방성(anisotropic, 물체의 물리적 성질이 방향에 따라 달라지는 성질) 구조의 석영 나노결정으로 미세조류를 절개하여 파쇄하는 방식을 시도했다.
이후 초박형 평판 형태로 석영 나노결정입자를 친환경적으로 대량으로 합성할 수 있는 최적 친환경 수열반응(hydrothermal reaction)을 개발하고 이를 통해 매우 균일한 비등방성 구조를 구현해냈다.
이 연구결과에 의하면 날카로운 모서리를 지닌 7~8 나노미터 두께의 나노면도칼을 이용해 광합성 미세조류의 단단하고 두꺼운 세포벽을 단시간에 적은 에너지로 파쇄하고 아스타잔틴 추출효율(효율 99%)을 끌어올리는 데 성공했다.
연구 관계자는 “나노면도칼의 효과적인 회수 및 재사용으로 경제성 확보도 용이하다”며 “이번 연구에 사용된 미세조류 이외에도 단단하고 두꺼운 세포벽을 가진 다양한 산업용 미생물에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 기본연구 및 중견연구사업의 지원으로 수행됐고 화학공학 분야 국제학술지 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 11월 3일 게재됐다.