KAIST, 제약 혼합물 초박막 분리 기술 세계 첫 개발

iCVD 기법을 통해 기상 화학 증착 방식으로 만들어지는 고분자 박막 설명 그림. 카이스트 제공

 
한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 고동연·임성갑 교수 연구팀이 기존에 분리하기 어려웠던 크기의 활성 제약 분자들을 매우 높은 선택도로 분리할 수 있는 초박막 분리 기술을 세계 최초로 개발했다고 29일 밝혔다.

분자량 차이가 매우 작은 제약 혼합물을 높은 순도로 분리할 수 있는 세계 최고 수준의 고성능 유기용매 나노여과 분리막으로 평가된다.

분리막은 산업계 전반에 사용되는 유기용매들을 분리하는데 저에너지, 저탄소 해결법을 제공할 수 있어 비교적 짧은 상업화 역사에도 불구하고 석유화학, 반도체, 재생합성연료(E-Fuel), 바이오 제약 분야 등 폭넓은 분야에 응용되고 있다.

해수 담수화와 같은 전통적인 응용 분야를 뛰어넘어 분리막이 고부가가치의 화합물을 선택적으로 분리하기 위해서는 기존 소재의 한계를 뛰어넘을 수 있는 혁신적인 고분자 소재의 개발이 필요하다.

이에 연구팀은 반도체 제조 공정에 쓰이는 고분자 박막 증착 기술로 기존 소재의 한계를 뛰어넘는 성능의 분리막을 제조하고, 이를 이용해 고부가가치의 제약 혼합물을 선택적으로 정제할 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀이 개시제를 이용한 화학 기상 증착법(iCVD)을 이용해 기존에 박막으로 만들기 어렵다고 알려진 유기 실록산 고분자를 초박막으로 합성하고 이를 이용한 것인데, 이 같은 새로운 접근 방식을 이용해 극도로 얇으면서도 다중으로 연결돼 있는 고분자 분리막을 만드는 데 성공했다.

이 기술은 29나노미터(㎚, 1㎚=100억분의 1m) 두께의 분리막을 이용해 다양한 활성 제약 성분, 석유 화합물, 연료 분자 등이 속하는 크기인 분자량 150~350g/mol 범위에 존재하는 분자들을 정제할 수 있다.

또 다양한 유기 물질이 섞여 있는 매우 복잡한 용매 환경에서 작동할 수 있도록 고안된 이 기술은 기존 분리막의 수명과 분자 선택도를 뛰어넘는 분리막 성능을 입증해 산업계에 분리막이 적용될 수 있는 영역을 넓힐 것으로 기대된다.

이밖에 헤르페스 바이러스 치료에 사용되는 주요 활성 제약 성분(API)인 아시클로버, 발라시클로버와 같이 비슷한 모양 및 비슷한 크기(분자량)를 가진 분자들이 섞여 있을 때 매우 높은 순도로 아시클로버만 분리해낼 수 있음을 시연했다.

고동연 교수는 "iCVD 방식을 사용한 초박막의 성공적인 제작은 불필요한 반응 없이 결함이 없고 고품질의 밀도 높은 고분자 분리막을 합성할 수 있는 강력한 방법ˮ이라며 "이전에 접근할 수 없었던 고분자 소재를 제공해 고성능 분리막의 정교한 설계를 촉진할 것ˮ 이라고 말했다.

이번 연구의 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 지난 3월 30일 게재됐다.

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대전CBS 지영한 기자 younghan@cbs.co.kr

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