심상준 교수, 과학기술정통부 선정 이달의 과학기술인상 수상

                     DNA 기반의 크기‧모양 제어 금속 나노입자 합성기술 개발 공로

                         ▲ 공과대학 화공생명공학과 심상준 교수

공과대학 화공생명공학과 심상준 교수가 이달의 과학기술인상 수상자로 선정됐다.

과학기술정보통신부(장관 유영민, 이하 과기정통부)와 한국연구재단(이사장 조무제, 이하 연구재단)은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 한명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만원을 수여하고 있다.

심상준 교수는 금속 나노 입자의 크기와 모양을 제어할 수 있는 새로운 합성 기술을 개발해 우리나라 나노 연구의 역량을 높이고 산업 발전의 기반을 강화한 점이 높이 평가됐다. 금 나노입자는 최근 의료․전자․화학 등 다양한 산업 분야에서 그 활용성과 가치가 크게 높아진 물질이지만, 원하는 구조를 미리 설계하거나 다양한 구조․형상을 만들 수 없는 기존(계면활성제) 합성 방법의 한계로 인해 그 활용에 어려움이 많았다.

* 금 나노입자 : 나노미터 크기의 금 입자로, 독특하고 독성이 없는 특성으로 질병진단, 암치료 등 의약학 분야와 전자, 화학 등 다양한 분야에서 활용 범위가 매우 넓은 나노 물질

심상준 교수는 DNA를 골격으로 이용하여 원하는 크기와 모양, 구조대로 금 나노입자를 만들 수 있는 정교한 합성 방법을 개발해 그간의 기술적 한계를 극복하고 다양한 산업으로 응용․활용분야를 확대함으로써 관련 기술과 산업의 성장에 기여하고 있다.

심상준 교수가 개발한 기술은 금속 나노입자 연구분야에 DNA 분자 조절 등 바이오 기술을 접목한 세계 최초의 혁신적 연구 성과로 금속 나노입자의 연구와 활용에 대한 새로운 패러다임을 제시한 데 큰 의미를 갖는다. 심상준 교수 연구팀은 생체 물질인 DNA 분자에서 금속입자가 성장하고 합성되는 메커니즘을 세계 최초로 규명함으로써 기존의 화학적 방법인 아닌 전혀 새로운 생명공학적 연구 방향을 제시했다.  이와 동시에, 다양한 연구 및 산업분야에 최적화된 맞춤형 금속 나노입자의 제작을 가능하게 하여 질병 진단, 항암 치료 등 의료분야는 물론 전자, 화학 등 모든 산업으로 금속 나노입자의 활용 범위를 넓히고, 그 활용성 또한 크게 높일 것으로 기대된다.

뿐만 아니라 심상준 교수는 나노입자의 광학적․전자기적 특성 연구, 고속 모니터링 바이오센서 개발 등 바이오 나노 기술 분야의 여러 우수 성과를 창출하여 관련 연구와 기술개발을 선도하고 있다. 심상준 교수는 “각 분야에 필요한 금 나노입자를 다양하고 정교하게 만들 수 있는 새로운 합성방법을 제시한데 의미가 있다”며, “앞으로 항암 치료를 비롯해 바이오센서, 촉매, 전자기기 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 적용될 수 있을 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.

다시 태어나도 과학자가 되고 싶다는 심상준 교수는 공학에 입문하는 이들을 위해 책을 써낼 정도로 공학에 대한 애정이 남다르다. 그는 학생들에게 ‘연구 주제에 대한 문제 제기’를 강조한다. 문제의 정확한 이해와 해결을 위해 고민하면서 무엇을 연구해야 하고 어떤 아이디어가 필요한지 학생 스스로 깨달아야 한다고 연구철학때문이다. 또한 연구가 이뤄지기 위해서는 무엇보다도 연구팀 구성원들의 협력 연구를 중시하는 연구 풍토를 조성해오고 있다. 학생 개인의 창의적 아이디어는 존중하되 학생들 간 진지한 토론과 적극적인 공동연구를 권장하면서 성공적인 연구 성과를 창출하고 있다.

심상준 교수는 현재 개발 중인 나노 기술을 나노합성의 새로운 패러다임을 제시하는 수준으로까지 발전시키고 싶다는 포부를 밝혔다. 레고처럼 여러 형태로 조립할 수 있게 작은 단위로 나눈 입자끼리의 조합을 통해 기존 합성 방법의 한계를 극복하고 싶다는 것이 심상준 교수가 꿈꾸는 연구다.

[ 그 림 설 명 ]

▲ 그림 1. 이중나선 DNA 상에서의 금 나노입자 성장의 모식도

ㅇ 연구팀은 이중나선 DNA 골격의 형태대로 입자가 만들어지는 현상을 발견하고, DNA의 자가 조립 특성을 이용함으로써 원하는 모양과 구조대로 금 나노입자를 만들 수 있는 새로운 나노입자 합성방법을 개발하였다. 이 기술을 통해 다면체 외에 비대칭적인 형상의 입자를 정교하게 제조할 수 있음을 확인하였다.

ㅇ 나아가 금 나노입자와 이중나선 DNA의 결합 부위에서 산화‧환원 반응이 다른 부위보다 빠르게 진행되어 DNA를 따라 금 나노입자가 합성된다는 사실을 증명하였다.

▲ 그림 2. 금 나노입자 성장에 영향을 미치는 두 이온의 동경 분포 그래프

ㅇ 또한 선형 이중나선 DNA 이외에 플라스미드 DNA에서도 본 합성방법이 적용됨을 확인하였다. 그 결과 적혈구 모양, 해파리 모양, 꽃 모양 등 기존의 금 나노입자 합성방법으로는 합성할 수 없었던 독특한 형상과 광학적 특성을 가지는 입자를 합성할 수 있었다.

▲ 그림 3. 선형 DNA 및 플라스미드 DNA를 활용하여 합성한 다양한 형상의 금 나노입자의 TEM 이미지

ㅇ 본 기술을 통해 각 연구 분야에 최적화된 맞춤형 금 나노입자를 미리 설계해 제조하는 것은 물론 표면개질 기술과 접목해 다기능성의 금 나노 구조물을 합성할 수 있다. 이 기술은 금 나노입자의 활용 분야를 더욱 넓혀 생명공학 외에도 의학, 전자, 화학 등 수많은 산업 분야에 큰 공헌을 할 수 있는 원천기술로 그 의의가 매우 크다.