기술동향
(2022-GT-BE-035)GT 글로벌산업기술시장동향_펩타이드 나노기술, 새로운 유기 전자장치 가능성
- 등록일2022-03-17
- 조회수4020
- 분류기술동향
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자료발간일
2022-02-01
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출처
한국산업기술진흥원
- 원문링크
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키워드
#한국산업기술진흥원#global tech#글로벌산업기술시장동향#펩타이드 나노기술
- 첨부파일
(2022-GT-BE-035)GT+글로벌산업기술시장동향_펩타이드+나노기술+...
펩타이드 나노기술, 새로운 유기 전자장치 가능성
◈목차
Ⅰ. 펩타이드 나노기술, 새로운 유기 전자장치 가능성
개요
연구 내용 및 발견
펩타이드 기반 초분자 하이드로겔
더 작은 바이오 빌딩 블록 가능성
결론
◈본문
Ⅰ. 펩타이드 나노기술, 새로운 유기 전자장치 가능성
개요
- 심박 조율기나 인슐린 펌프와 같이 신체에 이식되는 의료장치에 사용되는 재료는 인체에 해로울 수 있다. BISON 프로젝트는 자기조립형 펩타이드 합성체에서 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대안을 찾고 있다. 이를 통해 기존의 의료장치보다 신체에 적합한 바이오 전자 장치를 개발하여 사람의 신체 자체가 동력을 공급하게 하고, 환자에게 더 안전한 의료장치를 이식할
수 있게 하고자 한다.
연구 내용 및 발견
■ 펩타이드
- 펩타이드는 여러 아미노산의 연결체로 단백질의 가장 작은 구성원이다. 여타 단백질과 마찬가지로 펩타이드도 항균, 신호 전달 및 호르몬 등의 역할을 한다.
- BISON 프로젝트는 바이오 기반 전자 장치를 포함하여, 다양한 적용 분야에 생물학적 특성뿐만 아니라 물리적 특성을 드러낼 수 있는 가능한 가장 작은 자가 조직 펩타이드 배열을 찾아내고자 연구하였다.
■ 펩타이드 특성 연구
- 2개 또는 3개의 아미노산으로 구성된 펩타이드 구조에 중점을 둔 자기조립 과정을 식별하기 위해 X선 결정학을 사용하였으며, 미세유체 플랫폼을 사용하여 펩타이드 나노구조의 팽창 및 수축을 최초로 시연하여 펩타이드의 물리적 변화에
대한 이해를 제공하였다.
- 실시간으로 펩타이드 자기조립 과정을 관찰하기 위해 전자 현미경, 원자력 현미경, 분광 측정법 및 분광기를 사용하고, 이를 컴퓨터 기술로 보완하였다. - 이 연구를 통해 지금까지 보고된 펩타이드 구조 가운데 가장 높은 양자 수율(발광 효율성)을 발견하였으며, 또한 인공 광합성을 위해 햇빛을 흡수할 수 있는 미세한 구형(microspherical) 안테나를 개발하여 펩타이드 나노 기술의 에너지 수확 및 저장 잠재력을 입증하였다.
■ 트리 펩타이드: 유사 콜라겐 - 의료 분야에서 콜라겐처럼 사용가능한 새로운 트리 펩타이드가 발견되었다. 여타 펩타이드는 정교하게 조립된 여러 장의 시트와 같은 구조를 형성하기 때문에 콜라겐과 비슷한 구조를 보이는 트리 펩타이드의 개발은 기존의 예상과 반대되는 결과라고 볼 수 있다. 또한 높은 압전 특성을 가진 견고한 구조(assembly)을 만들기
위해 펩타이드의 다양한 조립을 설계하였다.
- 기계적 에너지*를 전류로 변환하는 압전기는 큰 가능성을 가지고 있다. 대부분의 압전 재료는 납을 기반으로 하기 때문에 인체에 유독하여 사람에게 이식하는 생체 의료장치에 사용하기 어렵지만, 펩타이드 기반 합성체는 신체 움직임의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 심장박동기, 인슐린 펌프 및 인공 판막과 같은 의료 기기에 안전하게 전력을 공급할 수 있도록 한다.
* 기계적 에너지: 물체의 운동 상태에 따라서 결정되는 위치에너지와 운동에너지의 합
- 또한, 지금까지 보고된 펩타이드 조립구조 가운데 가장 낮은 임계 겔화 농도(용해된 물질이 겔을 만들 수 있는 최소 농도)를 가진 펩타이드를 디자인하였다. 이는 전도성 하이드로겔과 유사한 조립구조로, BISON 프로젝트에서 개발한 펩타이드의 경우 0.002wt%에서 젤라틴보다 임계 겔화 농도가 3,500배 낮게 나타났다. 이러한 결과는 조직 공학 및 재생 응용 분야에 새로운 가능성을 제공한다.
- 모든 응용 분야에 적용되는 발견은 개발한 펩타이드 구조가 400°C 이상의 온도에서 안정적으로 유지된다는 점이다. 생명체를 기반으로 한 물질은 본질적으로 불안정하다고 가정되었지만, BISON 프로젝트의 펩타이드 구조는 무기물보다
훨씬 더 안정적인 것으로 확인되었다.
- 또한 미래 응용 분야에서의 핵심은 다양한 구조적 배열을 생성할 수 있는 능력이다. 이를 위해 BISON 연구팀은 나노와이어, 나노섬유 및 나노스피어를 형성할 수 있는 트리 펩타이드 빌딩 블록을 설계하였다.
펩타이드 기반 초분자 하이드로겔
- 펩타이드 기반 초분자 하이드로겔은 조직 공학, 축삭 재생 및 제어된 약물 전달에서 기능성 물질로 활용된다. 트리 펩타이드는 세포 접착을 촉진하는 것으로 알려져 있기 때문에 Arg-Gly-Asp(RGD)* 기반 초분자 겔은 큰 잠재력을 가지고 있다.
* Arg-Gly-Asp(RGD): 세포 접착을 담당하는 펩타이드- 현재까지 여러 RGD 기반 초분자 하이드로겔이 보고되었지만, 대부분은 시험관 내 세포 배양을 위한 탄력성과 장거리 안정성이 결여되어 있었다. 이러한 트리 펩타이드 기반 겔의 기계적 특성과 세포 배양 과정에서의 내구성을 개선하기 위해 개발한 Fmoc-RGD 하이드로겔은 생체 적합성 및 생분해성 고분자인 키토산과 비공유적으로 연결되어 겔화 속도가 향상되고, 기계적 특성 및 세포 매체 내구성이 향상된 복합 하이드로겔을 생성할 수 있다.
- Fmoc-RGD와 Fmoc-RGD/키토산 복합 하이드로겔은 모두 요변성*을 보인다. 2D 및 3D 세포 배양을 위한 스캐폴드(scaffold)*로서 Fmoc-RGD/키토산 복합 하이드로겔이 활용된다. 복합 하이드로겔은 고유의 항균성-키토산의 속성도 가진다. 따라서 초분자-고분자(Fmoc-RGD)와 공유-고분자(키토산) 구성 요소의 생성을 모두 활용하여 잠재력이 뛰어난 복합 하이드로겔을 생성할 수 있다.
...................(계속)
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