친환경 녹색생물공정으로 고부가가치의 의약품을 만들어낼 수 있는 날이 곧 열릴 것으로 보인다.

KAIST는 신소재공학과 박찬범 교수 연구팀이 나노소재를 이용해 자연계의 광합성을 모방한 ‘인공광합성’ 시스템 개발에 성공했다고 최근 발표했다. 이번 연구는 교육과학기술부 신기술융합형 성장동력사업(생물공정연구단) 등으로부터 지원을 받아 수행됐다.

인공광합성 기술은 고부가가치의 각종 정밀의약품들을 태양에너지를 이용해 생산하는 친환경 녹색생물공정 개발의 전기가 될 것으로 기대되고 있다.

식물 등 자연계의 광합성 생물체들은 태양에너지를 이용해 환원력을 재생하여 보조인자(cofactor)라는 형태로 저장하고, 이렇게 재생된 보조인자 등을 빛이 없을 때 캘빈 사이클 (calvin cycle)을 통해 생존에 필요한 탄수화물 등 각종 화학물질들을 합성하는 데 이용한다.

연구팀은 이러한 자연광합성시스템을 모방해 자연계의 광반응 (light reaction) 대신 태양전지 등에서 사용되는 양자점 (quantum dot) 등 수 나노크기의 광감응소재로 빛에너지를 전기에너지로 효율적으로 전환하고, 이를 이용하여 보조인자를 재생했다.

또한 자연계의 복잡한 캘빈 사이클 대신 산화환원 효소반응을 보조인자 재생에 연결시킴으로써 빛에너지로부터 시작하여 최종적으로 정밀화학물질 생산이 가능한 반응시스템을 개발했다.

인류가 지구 온난화와 화석 연료의 고갈이라는 문제를 안고 있는 가운데, 온난화의 원인인 이산화탄소를 배출하지 않고 또한 무제한으로 존재하는 태양 에너지를 이용하려는 노력이 계속되고 있는다.

이번에 개발된 인공광합성기술은 에너지원으로 무한한 태양광을 사용한다는 장점 때문에 그 파급효과가 매우 클 것으로 보인다. 산화환원효소를 산업적으로 활용하기 위한 토대를 마련한 것이기 때문이다.

연구팀은 현재 나노과학과 생명공학분야의 창의적인 융합을 통해 새로운 공정기술을 개발하는 데 크게 기여했다는 평가를 받고 있다.

한편 이번 연구결과는 독일에서 발간되는 나노분야 국제저명학술지인 Small지 23일자 온라인판에 게재됐으며, 최근 특허출원이 완료됐다.

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