그래핀이 세균만 제거···1000만개 팔린 '항균 칫솔' 원리 밝혔다

KAIST, 산화그래핀 세포 파괴 항균 원리 규명

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 그래핀이 세균만 제거하는 원리를 밝혀내고, 차세대 항균 소재 개발 가능성을 제시했다.

KAIST는 김상욱 신소재공학과 교수와 정현정 생명과학과 교수 공동 연구팀이 산화그래핀이 세균에는 항균 효과를 보이면서도 인체 세포에 영향을 주지 않는 원리를 규명했다고 25일 밝혔다.

상용화된 그래핀 칫솔.(자료=KAIST)

산화그래핀은 머리카락보다 훨씬 얇은 탄소층(그래핀)에 산소가 붙은 나노 소재이다. 물에 잘 섞이고 다양한 기능을 구현할 수 있다는 특징이 있다.

이번 연구는 그동안 명확히 밝혀지지 않았던 그래핀의 항균 작용을 분자 수준에서 입증했다는 점에서 의미가 있다.

연구팀은 자석이 특정 금속에만 붙듯이 산화그래핀은 세균의 막에만 달라붙어 파괴하고, 사람 세포는 건드리지 않는 방식으로 ‘선택적 항균 작용’을 한다는 사실을 확인했다. 이는 산화그래핀 표면의 산소 작용기가 세균 세포막에만 있는 특정 성분(POPG)과 선택적으로 결합하기 때문이다.

이 원리를 적용한 나노섬유는 항생제가 듣지 않는 슈퍼박테리아를 포함한 다양한 병원성 세균의 성장을 억제했고, 동물 실험에서도 염증을 유발하지 않으면서 상처 치유를 촉진하는 효과를 확인했다.

해당 소재를 적용한 섬유는 여러 차례 세탁 이후에도 항균 기능이 유지돼 의류, 의료용 섬유 등 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 보였다.

이 기술은 생활 제품으로 상용화됐다. KAIST 교원창업기업인 소재창조의 원천특허로 출시된 그래핀 항균 칫솔은 1000만 개 이상 판매되며 상용화 가능성을 입증했다.

김상욱 교수는 “그래핀이 왜 인체에는 안전하면서 세균만 선택적으로 죽일 수 있는지를 과학적으로 밝혀낸 사례”라며 “이 원리를 활용하면 독한 화학 성분 없이도 안전한 의류는 물론 몸에 착용하는 웨어러블 기기나 의료용 섬유 시스템까지 확장할 수 있을 것”이라고 강조했다.

연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’에 지난 2일자로 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)