그래핀 항균 칫솔, 1000만 개 팔린 이유?… ‘산화그래핀’ 항균작용 규명

KAIST, 산화그래핀의 선택적 항균 작용 원리 밝혀
세균 세포막만 선택적으로 파괴… 세탁 후에도 항균 유지

1000만개 이상 팔린 그래핀 항균 칫솔이 인체에는 영향을 주지 않고, 세균만 선택적으로 제거하는 원리가 분자적 수준에서 규명됐다.

의류나 의료용 섬유뿐 아니라 항생제를 대체하는 차세대 항균 소재로 활용 가능성을 제시했다는 평가다.

KAIST는 김상욱 신소재공학과 교수와 정현정 생명과학과 교수 연구팀이 공동으로 산화 그래핀이 세균에는 강력한 항균 효과를 보이면서도 인체 세포에는 영향을 주지 않는 원리를 규명했다고 25일 밝혔다.

산화 그래핀은 머리카락보다 훨씬 얇은 탄소층(그래핀)에 산소가 붙은 나노 소재다. 물에 잘 섞이고 다양한 기능을 구현할 수 있어 항균 소재로 주목받고 있다.

하지만 산화 그래핀의 항균 작용을 분자 수준에서 명확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 산화 그래핀 표면의 산소 작용기가 세균 세포막에만 있는 특정 성분(POPG)과 선택적으로 결합해 항균 작용을 한다는 사실을 확인했다.

세균의 막에만 있는 표적을 인식해 달라붙어 세균을 죽이는 방식이다. 사람 세포의 막에는 POPG가 없어 산화 그래핀이 달라붙지 않는다.

연구팀은 산화 그래핀을 적용해 만든 나노섬유가 항생제가 듣지 않는 슈퍼박테리아를 포함한 다양한 병원성 세균의 성장을 효과적으로 억제했고, 동물실험에서도 염증 유발 없이 상처 치유를 촉진하는 효과를 확인했다.

또 여러 차례 세탁한 후에도 항균 기능이 유지돼 의류, 의료용 섬유 등 다양한 분야의 활용 가능성을 보였다.

산화 그래핀 원천 기술은 교원창업기업인 소재창조를 통해 그래핀 항균 칫솔로 출시돼 현재 1000만 개 이상 팔렸다.

지난 2024년 파리 올림픽 태권도 시범단 도복에도 그래핀 텍스 소재가 쓰였고, 향후 아시안 게임 등 국제 스포츠 행사에서도 새로운 기능성 스포츠 의류로 활용될 예정이라고 연구팀은 설명했다.

김 교수는 "그래핀이 왜 인체에는 안전하면서 세균만 선택적으로 죽일 수 있는지를 과학적으로 밝혀낸 사례"라며 "이 원리를 활용하면 독한 화학 성분 없이 안전한 의류뿐 아니라 웨어러블 기기나 의료용 섬유까지 확장할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구결과는 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼스' 지난 2일에 실렸다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr

디지털타임스