한빛사 인터뷰
- 등록2022-12-13
- 조회2,142
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
나노자임(Nanozyme)은 영문 합성어로, 나노물질 기반 인공 효소 모사체(NANOmaterial-based artificial enZYME mimetic)를 의미합니다. 2007 년 Nature Nanotech 에 실린, 산화철 나노 입자가 과산화효소의 촉매적인 특성을 모사한다는 발견에서 시작된, 나노 물질 기반의 효소모사체는. 현재까지도 많은 관심을 이어가고 있습니다. 나노자임의 큰 매력 중 하나는, 실제 효소의 fragile 한 부분을 극복함과 동시에 같은 촉매적인 특성을 가짐에. 여러 범주의 표면 공정 및 modification 을 통한 다양한 촉매 기반 응용, 예를 들면 혈당 진단 센서, 암 치료, 영상 프로브 등으로의 안정적인 활용이 가능하다는 것입니다.
여러 금속 기반의 나노입자 부터, 탄소기반, 금속-유기물 골격체(MOF) 등 다양한 카테고리의 나노자임이 활발하게 소개 되고 있으며, 2019년 에 새로 도입된 Single-atom nanozyme(SAN) 의 개념이 현재 나노자임 분야 에서 중요한 부분을 차지하고 있습니다.
우리가 효소를 컴퓨터에 비유 한다면, 촉매로서의 관점 한정으로 그 CPU 의 역할을 하는 것이, 보조 인자(Cofactor)입니다. Single-atom nanozyme 은 효소의 보조인자를 단원자 단위로 모방하며, 나노 물질을 이용하여 인공적으로 창조한 것인데. 이 SAN 을 만들기 위해서는, 유기-무기물 복합체 (MOF) 의 열분해를 통해 목표하는 구조(예를 들어 효소의 보조인자 모사체의 일부/Fe-N..etc) 등을 수득하는 방식이 대표적으로 쓰입니다. 허나 이 방법의 경우 공정 과정에서의 고온처리가 필수로 필요함에 따라 여러가지 불편이 생길 수 있으며, 수득률과 안정성 등 부수적인 문제를 야기하는 잠재적 가능성을 가집니다.
저희 논문에서 소개한 하이드로젤 기반 나노자임은, 이러한 열 분해 없이 상온에서 만든. 특별히 자가 조립 방법을 표방한, 원시 형태의 최초의 '나노 하이드로젤 기반 Single Atom nanozyme' 입니다. 과산화효소의 촉매적 특성을 가진 저희 나노자임은, 기존에 널리 쓰이는 폴리머 의 ionic gelation을 통해 나노젤을 만드는 과정에서, 철 이온이 추가로 참여하게 되어 주변 작용기와의 결합을 형성. 과산화효소의 보조인자의 일부분을 모사하는 전략을 취하였으며. 위 방법이 단순히 기존 SAN 대비 제작 방식을 단축시킨 것 뿐만 아니라, 소위 화학 반응이 일어나는 active site 를 최대화 함에. 좋은 기질 친화도와, 뛰어난 과산화수소 분해능력 또한 가지게 되었습니다. 위 논문에서는 특별히 이 하이드로젤 나노자임과 산화효소 등을, 종이 기반의 접이식 진단플랫폼에 적용하여. 비색반응을 통해 포도당의 농도를 효과적으로 측정할 수 있는 센서로 그 응용부분을 수행 완료 하였습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 제가 학부 연구생 당시 진행 한 연구로, 가천대학교 바이오나노학과 김문일 교수님 연구실에서 진행하였습니다. 가천대학교 바이오나노학과는, 가천대학교를 대표하는 학과 중 하나로. 바이노나노(BT) ,정보 기술(IT),의공학 기술(MT)을 결합하는 융합 교육을 지향하며. 가천바이오나노연구원을 중심으로 나노 재료, 바이오센서 미세유체 관련 여러 연구 분야를 선도하고 있습니다. 특별히 김문일 교수님 연구실은, 나노물질 기반의 인공 효소 모사체인 '나노자임' 분야 를 포함. 여러 혁신적인 바이오센서 관련 연구를 진행 하고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
앞서 말씀 드린 바와 같이, 레퍼런스가 없는 새로운 종류의 나노자임 이기에. 비단 논문 투고 및 게재 과정에서 뿐만 아니라, 지난 이후 6년이 넘는 기간 동안 나노자임을 주제로 연구를 진행해 올 때. 제가 발표나, 세미나 talk 을 할 시, 이를 과학적으로 설명하고 설득하는 과정에서 많은 비판적인 논평이 있었습니다. 이러한 소위 '거친' 과정을 겪고 해결 해 나가면서, 제 스스로 많은 성장을 하였으며. 결론적으로 이 하이드로젤 나노자임을 이용한 논문이 게재 되어 세상 밖에 나옴에 따라, 제 나노자임이 드디어 학술적으로 인정 받았다는 부분에 큰 보람을 느꼈으며, 준비중인 여러 관련 연구 논문들 또한 이를 예시로, 세상 밖으로 나올 수 있는 가능성이 생김에, 매우 감사한 마음 입니다. 또한 현재 국외에서 학술 활동하는 젊은 연구자 중 나노자임, 특별히 고분자 및 하이드로젤 기반의 나노자임 연구를 하는 거의 유일한 한국인 연구자 라는 것에 나름의 자부심을 가지게 되었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
저는 저 홀로 공대 대학원 출신이며, 모든 연구직 구성원이 순수과학 분야 학위자인 사람들 사이에서 2년 넘게 연구를 한 적이 있었는데. 그 기간 동안 저의 연구적인 역량을 많이 키웠던 것 같습니다. 특별히 그때 다른 분야 동료들 사무실에 보드마카 하나 들고, 자주 놀러가 행했던. 과학적 토론을 빙자한? 대화, 그리고 여러 혐업 아이디어 스케치 및 연구 수행을 통해. 다양한 양상으로 제 연구를 바라보는 시각과, 보다 깊이 있게 연구를 하는 법을 부족하게 나마 배우게 되었습니다.
개인적으로 제 스스로 물리적인 부분을 더 많이 배우고 채워야, 보다 의미가 크며. 설득력 있는 연구를 수행 할 수 있음을 배웠습니다.
반드시 기초과학을 수행하는 기관에서 연구를 해볼 필요는 없지만, 공대 응용연구를 하는 사람이, 기초과학 요소까지 트레이닝을 잘 받는다면. 추후 더 재미있는 연구 아이디어를 낼 수 있는 가능성이 커질 수 있다는 것을, 저는 믿게 되었습니다. 이에 관련한 기초 연구 등을 경험 하시는 것을 추천 드립니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
본 나노자임을 응용한 다른 연구를 포함. 여러 곳에서 진행했던 후속 논문들 또한 세상 밖으로 잘 나올 수 있도록 하는 것이 저의 일차적인 목표입니다. 필드가 오래 되지 않고, 응용 부분에 힘이 많이 실려 있어. 여러가지 재미있는 부분, 가령 이 나노자임의 생물리 혹은 화학적인 특성 등. 아직도 정확한 개념 규명과, 파생 설명을 필요로 하는 부분 등. 보다 연구가 되어야 할 부분이 많이 남은 분야 입니다. 기회가 된다면, 이러한 퍼즐들을 맞춰가는 깊이 있는 연구를 수행 하고 싶습니다.
전문연구요원 복무로 3년간 한국에 돌아와서 생활 했기에. 다시 돌아온 유학생활을 잘 보내며. 우선 박사학위를 잘 받을 때 까지, 즐겁게 연구하며 의미있는 성과를 거두는 것이 개인적인 목표입니다. 이곳에서 새롭게 개발하고, 진행하고 있는 연구 또한. 잘 진행 되길 소망합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
처음 개념화 시기부터, 논문 게재 까지 정말 오랜 시간이 걸렸습니다. 본 하이드로젤 기반의 나노자임을 폴더블 센서와 결합. 효과적인 포도당 진단 응용 연구로서 좋은 결실을 맺게 해준, 후배 연구자인 Huong 에게 감사 드리며. 자유로이 연구를 수행 할 수 있도록 많은 격려 해 주시고. 지금도 많은 지원과 조언을 해 주시는 김문일 교수님께 다시 한 번 감사의 말씀 드립니다.
본 연구 이후 6-7년 간 국내외 여러 기관을 거쳐 가며, 지금 까지 잘 성장 해 올 수 있도록, 지도해 주신 Harvard, MIT, UIUC, 기초과학연구원, 그리고 서울대병원. 모든 제 이전 PI 분들께 감사 드리며. 미국에서 자유로이 연구할 수 있도록 지금도 많은 지원을 해주시는, 제 advisor 일리노이 대학교 어배너-샴페인 Kamruzzaman 교수님께 감사 말씀 드립니다. 마지막으로 저를 위해 항상 기도 해 주시고, 응원 해 주시는 사랑하는 엄마 아빠, 그리고 여동생에게 감사 하다는 말씀 드립니다. 가까운 미래에 다른 나노자임 연구 결과물로, 다시금 한빛사에서 저희 논문이 소개 되길 소원합니다. 다시 한 번 감사 드립니다.
#하이드로젤 나노자임
#Single Atom Nanozyme
#Glucose detection
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