제약 혼합물 최고 분리막 기술 선보이다​

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< (왼쪽부터) 생명화학공학과 고동연 교수, 임성갑 교수, 최지훈 박사과정, 최건우 박사과정 >

분자의 크기와 모양에 따라 분자를 구별할 수 있는 분리막 공정 * 은 기존의 열 분리 공정 ( 예 :  증류법 ) 보다 훨씬 적은 에너지를 소비하며 화학 산업의 탄소 배출량을 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있다 .

* 분리막 공정 :  분리막은 물질의 크기나 흡수력에 따라서 특정 물질을 선택적으로 통과시키거나 배제하는 역할을 하는 선택적 장애물로 분리막을 이용한 분리 공정은 기존의 공정과 달리 많은 에너지를 사용하지 않고도 화합물들을 효율적으로 분리할 수 있음  

우리 대학 생명화학공학과 고동연 ,  임성갑 교수 공동연구팀이 기존에 분리하기 어려웠던 크기의 활성 제약 분자들을 매우 높은 선택도로 분리할 수 있는 초박막 분리 기술을 세계 최초로 개발했다고  29 일 밝혔다 .  

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 .  

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 .  

연구팀은  iCVD( 개시제를 이용한 화학 기상 증착법 , initiated Chemical Vapor Deposition)  기술을 이용해 기존에 박막으로 만들기 어렵다고 알려진 유기 실록산 고분자를 초박막으로 합성하고 이를 이용해 활성 제약 분자를 선택적으로 정제할 수 있는 분리막 공정을 개발했다 .  연구팀은 이와 같은 새로운 접근 방식을 이용해 극도로 얇으면서도 다중으로 연결돼있는 고분자 분리막을 만드는 데 성공했다 .

< 그림 1. iCVD 기법을 통해 기상 화학 증착 방식으로 만들어지는 고분자 박막 설명 그림. 기상의 모노머와 활성제가 반응하며 두께가 매우 얇은 박막이 제조된다. >

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

연구팀은 나아가 헤르페스 바이러스 치료에 사용되는 주요 활성 제약 성분 (API, Active Pharmaceutical Ingredient) 인 아시클로버  (Acyclovir),  발라시클로버 (Valacyclovir) 와 같이 비슷한 모양 및 비슷한 크기 ( 분자량 ) 를 가진 분자들이 섞여있을 때 매우 높은 순도로 아시클로버만 분리해낼 수 있음을 시연했다 .  따라서 이번 연구는 분리막 기술을 이용해 기존 제약 제조 공정보다 더 값싸고 에너지 비용이 적은 방법으로 제약 물질을 정제할 수 있음을 밝혀낸 데 의미가 있다 .  

이번 연구를 이끈 고동연 교수는  "iCVD  방식을 사용한 초박막의 성공적인 제작은 불필요한 반응 없이 결함이 없고 고품질의 밀도 높은 고분자 분리막을 합성할 수 있는 강력한 방법 ˮ  이 라며  " 이전에 접근할 수 없었던 고분자 소재를 제공해 고성능 분리막의 정교한 설계를 촉진할 것 ˮ  이 라고 말했다 .

< 그림 2. 분리막 투과 성능. 본 분리막은 선택도-투과도 그래프에서 새로운 upper bound를 정의하며 분리막 기술의 지평을 넓혔으며 (왼쪽 그림), 실생활에 접할 수 있는 아시클로버와 같은 바이러스 치료제도 높은 효율로 분리할 수 있음을 밝혀냈다 (오른쪽 그림) >

우리 대학  생명화학공학과 최지훈 ,  최건우 박사과정이 공동 제 1  저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지  ‘ 네이쳐 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’ 3 월  15 호에 지난  3 월  30 일 자 출판됐다 .   ( 논문명 : Ultrathin organosiloxane membrane for precision organic solvent nanofiltration) .  

한편 이번 연구는 한국연구재단의 우수신진과제 ,  중견연구과제 및 한국화학연구원 기본사업 협력과제를 통해 지원됐다 .

https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=36430