'노년 건강 필수' 인공뼈 분말 10분만에 합성

KIST, 레이저 활용해 다양한 크기-기능의 인공뼈 분말 합성하는 공정 개발

(지디넷코리아=한세희 과학전문기자)수명이 늘어난 현대인에겐 노후에도 원활한 활동을 하기 위한 근골격계 건강이 필수다. 국내 연구진이 인공뼈 소재를 빠르고 쉽게 합성하는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 생체재료연구센터 전호정 박사팀은 레이저를 활용, 인공뼈 분말 아파타이트 인산칼슘을 주성분으로 하는 무기물질을 수십 초 만에 합성하는 공정 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

기존 열수화 공정으로는 200㎚ 크기의 분말을 얻는데 20시간에서 100시간까지 시간이 걸렸다. KIST 연구진이 개발한 새 공정은 30㎚에서 6㎛ 사이 다양한 크기의 분말을 10여 분 만에 합성할 수 있다.

레이저 수열 합성 공정을 통한 크기조절이 자유로운 아파타이트 합성 (자료=KIST)

수화란 물이 녹아 있는 용질 분자자 이온을 둘러싸 전체가 하나의 분자처럼 행동하는 현상이다. 연구진은 열 대신 레이저를 수화 공정에 적용했다. 레이저를 조사하는 수 나노초 동안 1000℃ 이상의 초고온에서 합성 공정이 진행돼 공정을 앞당길 수 있있다.

레이저 공법을 쓰면 칼슘 일부를 마그네슘이나 아연 등 인공뼈에 기능성을 더해주는 금속이온으로 대체한 인공뼈 분말도 쉽게 만들 수 있다.

하이드록시 아파타이트 뿐만 아니라 뼈 성분 중 재생에 중요한 인자로 간주되는 ‘휘트록카이트’도 같은 시간에 10배 더 큰 마이크로미터 수준의 크기로 합성할 수 있다는 것도 장점이다. 휘트록카이트는 주로 어린의 뼈에서 많이 관찰되는 물질로, 마이크로미터 크기의 휘트록카이트는 현재 인공뼈로 주로 쓰이는 하이드록시 아파타이트를 대신할 소재로 주목된다.

또 세포 시험 결과, 레이저 수열 합성기술로 만든 인공뼈 재료는기존 상용화된 제품에 비해 세포 부착과 증식 능력이 2배 높은 것으로 나타났다.

레이저 수열 합성 공정의 과정 (자료=KIST)

합성 공정에서 기능성 이온의 종류와 농도를 조절할 수 있어 미용 목적의 콜라겐 형성 촉진 필러 등에도 활용 가능하다. KIST는 이 기술을 기반으로 연구소기업 비엠포트(대표 손진경) 설립에 출자, 인공뼈와 피부 미용 필러 등의 상용화를 추진한다.

전호정 박사는 "이번 연구로 개발한 재료는 합성된 분말이 자연스럽게 녹을 수 있는 생분해성을 가진다"라며 "크기, 결정도, 함유 기능성 이온 성분의 종류, 농도를 조절할 수 있기 때문에 기존 골 이식재와 달리 약물 없이도 골 형성을 촉진시킬 수 있고 체내에서 분해되어 골로 치환되는 '골 형성 촉진 및 생분해성 골이식재'로 쓰일 수 있다"라고 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부지원으로 KIST, KU-KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행됐으며, 나노소재 분야 학술지 'ACS NANO'에 게재됐다.

한세희 과학전문기자(hahn@zdnet.co.kr)