바이오인

 

 

 

 

   나노-바이오 기술의 융합영역은 나노기술을 이용하여 생명체를 구성하는 바이오 물질들을 나노미터 크기의 수준에서 조작?분석하고 이를 탐구?제어할 수 있는 나노-바이오 기술과, 생명체 혹은 바이오 물질의 구조 및 상호 작용을 모사하여 이를 기반으로 새로운 나노소자 개발을 추구하는 생체모사 나노기술을 포함한다.

 

  먼저 나노기술을 이용한 바이오기술 즉 나노-바이오기술은 생명 현상과 생명체 운용의 근간이 되는 물질의 구조와 상호 작용에 관한 원리를 원자와 분자 수준에서 규명하고, 이를 기반으로 극미세 바이오 물질을 조작하고 제어하는 기술을 발굴하여 질병을 다스리고 인간의 건강과 행복을 증대시키기 위한 과학기술 영역이다. 한편 바이오에 근거한 나노기술 분야는 생명과학에 관한 과학기술 지식을 활용하여 새로운 기능의 소자를 개발하고 정보산업 등 바이오산업 이외의 분야에서 필요로 하는 새로운 공학적 도구를 개발함으로써 21세기 신(新)산업을 주도할 수 있는 핵심 기술이다. 따라서 나노-바이오 기술의 융합에서 주목하여야 할 것은 첨단 나노기술과 바이오기술 간의 상호 발전적 연계성을 발견하는 것이다.

 

 

 

  나노-바이오 융합기술은 나노기술에 의한 바이오 물질의 이송, 조작, 검출, 인식과 바이오 정보의 분석 및 재합성을 통해 생명현상의 원리와 기저에 관한 새로운 지식탐구와 관련 기술의 시너지 효과를 극대화 시키려는 필연적 목적에 의한 결과이다.

 

  이러한 나노 기술은 많은 양의 바이오 관련 정보를 짧은 시간 내에 정확하게 수집 및 분석하고 안정적으로 재합성하기 위한 것으로, 이를 사용한 바이오 물질의 조작을 통해 나노영역에서의 바이오 연구를 가속화 시킬 수 있다. 나노기술을 이용한 유전체 구조와 기능을 분석하고 결함을 치료하고자 하는 유전체학, 유전자 정보를 이용한 단백질 합성 및 분석에 관한 단백질공학, 줄기 세포의 배양과 장기 및 조직의 복제, 그리고 바이오 물질 대사 및 조립에 관한 대사공학 등이 나노-바이오 기술과 관련된다.

 

    나노-바이오 융합기술은 나노기술과 바이오기술의 중간영역으로 두 핵심기술을 있는 교량 역할을 할 뿐 아니라 동시에 두 기술을 종합해 새로운 고부가가치의 제품을 창출할 것으로 기대되고 있는 데, 생체 내에서 일어나는 여러 가지 물리적, 화학적, 기계적 현상들을 분자나 원자 수준에서 이해하고 응용해 바이오센서, 약물전달시스템(DDS), 수술용 마이크로 로봇 등의 새로운 개념의 시스템을 만들어 낼 수 있는 복합 연구영역이다.

 

 

 

  나노기술에 있어 소재의 선택적 개발도 또한 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 일반적으로 나노소재는 금속, 고분자, 세라믹스로 크게 나눌 수 있는 데, 여기서는 기능성 나노세라믹 소재에 관점을 맞추어 바이오 응용 연구 및 지능형 시스템 개발에 관한 소개를 하고자 한다.

 

  기능성 나노세라믹 소재는 파인 세라믹스라고 하는 새로운 범주에 속하는 데, 이는 지능형과 다기능성을 바탕으로 한 고부가가치 소재로의 전환을 의미한다. 나노-바이오 기술과 관계가 있는 파인 세라믹스 분야는 ① 코팅, 촉매 및 자성 유체를 포함하는 나노 재료분야, ② 게놈응용 및 감지용 나노 소자분야, ③ 의료 진단 및 치료용 바이오세라믹스 분야이다. 이들 분야는 각각 독립적으로, 혹은 서로 연계적인 관계를 가지고 있는 데, 독립적인 기능으로서는 바이오 분자들을 이용한 세라믹 하이브리드 코팅 및 촉매 개발, 자성 세라믹 나노입자를 이용한 바이오 물질의 운반체 소재개발, 바이오 센싱용 소자 개발, 대상 물질의 선택성에 의한 의료 진단 및 치료용 소재로의 기능을 하며, 연계적인 관계는 코팅, 촉매, 자성입자 등을 이용한 효율적인 바이오 물질 감지소자 개발로의 확대가 가능하며, 용도의 맞춤 설정에 따른 의료 진단용 세라믹스 산업에 응용되는 기능을 내포하고 있다.

 

  바이오 분자, 생분해성 고분자 및 다공성 세라믹을 이용하여 뼈와 같은 경조직에 기능성 코팅을 하여 바이오미네랄리제이션이 가능하게 하여, 골대체제나 골관련 장기서방형 약물방출 시스템 개발에 관한 연구가 진행 중에 있으며, 극미세 나노기술을 이용한 골생성 메커니즘에 관한 연구도 시도되고 있다.

 

  촉매 분야에서는 단백질과 효소를 생체모사한 인공 생촉매 개발에 연구가 활발히 진행되고 있어 저가의 대량생산이 가능하여 바이오 세라믹스 분야뿐 만 아니라 환경세라믹스 분야에서도 널리 활용될 수 있다. 자성나노입자를 포함한 나노입자 연구에서는 필터 및 멤브레인 세라믹 소재를 이용하여 대상물질의 효율적 분리, 표적 지향성 약물전달체, 기능성 소재 개발 및 응용에 관한 신산업을 창출하고 있다. 또한 생명체가 DNA등 단백질에 의해 미리 주어진 정보에 따라서 나노 구조물을 효율적으로 성장시키는 것과 같은 “자기 조직화(self-Organization), “자기복제화(self-Healing) 등의 메커니즘 연구가 가능하여 게놈이나 감지용 소자로 기술력이 확대되고 있다.

 

 

 

  끝으로 의료 진단 및 치료용 세라믹스 분야는 그 동안 정밀화학 영역 내에서만 이루어지던 일련의 소재 개발 및 응용연구 등이 세라믹의 특성과 잘 어우러져 새로운 산업 분야가 창출된 분야이다. 특히 자성 세라믹 나노입자를 이용한 세라믹 약물전달체, 기능성 세라믹 소재를 이용한 고효율 및 선택적 핵산 분리 등은 기존의 연구패러다임을 전환시키는 신산업 분야이다. 전통적인 바이오세라믹스는 뼈나 치아 관련 세라믹 소재를 의미했으나, 현대의 바이오세라믹스는 전통세라믹 소재의 특징을 더욱 부각 시킬 수 있으며, 그들의 생체 내 활성정도, 약리, 세포 등과의 복합적이며 유기적인 조직공학 연구로의 확대를 내포한다.

 

  결언하면, 나노-바이오 융합 기술을 이용한 세라믹 소재 산업은 기존의 패러다임을 변환시켜 뉴바이오 세라믹스 및 청정 세라믹스와 같은 세라믹 신산업 창출에 크게 이바지 할 수 있을 뿐 더러 정보기술과의 융합에 의해 유비쿼터스-바이오 시스템 개발과 같은 인공지능형 소재 및 부품 산업 등에도 견인차적 역할을 할 것으로 기대한다.

 

 

...................(계속)

 

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.