한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 전호정 생체재료연구센터 박사팀이 레이저를 활용해 다양한 기능성을 가진 인공 뼈 분말 '아파타이트'를 수십 초 만에 합성해내는 합성 공정 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
기존 열수화 인공 뼈 분말 합성기술은 200나노미터(㎚) 크기 분말을 얻기 위해 짧게는 20시간에서 길게는 100시간 이상 시간이 필요했다. 그런데 이번에 연구진이 개발한 레이저 수열 합성 공정을 사용하면 작게는 30㎚부터 크게는 200배에 달하는 6마이크로미터(㎛) 크기의 분말까지 10여 분 만에 합성할 수 있고, 손쉽게 칼슘의 일부를 마그네슘, 아연 등의 금속이온으로 대체한 기능성 인공 뼈 분말 제조가 가능해진 것이다.
이번에 개발된 기술은 기존 열수화 공정 대비 레이저 펄스의 시간에 해당하는 수 ㎱(나노초) 동안 1000도 이상 초고온에서 합성 공정이 진행되기 때문에 마그네슘, 스트론튬, 아연과 같은 기능성 금속 이온을 보다 쉽게 대체할 수 있는 장점이 있다고 연구진은 설명했다.
이를 바탕으로 하이드록시 아파타이트 뿐만 아니라 뼈를 구성하는 성분 중 재생에 중요한 인자라고 생각되는 '휘트록카이트'를 동일 시간 동안 10배 더 큰 ㎛ 사이즈로 합성할 수 있었다.
휘트록카이트는 주로 어린아이들의 뼈에서 많이 관찰되는 물질로 ㎛ 사이즈의 휘트록카이트는 인공 뼈로 주로 활용 중인 하이드록시 아파타이트를 대신할 것으로 기대된다.
또 연구진은 레이저 수열 합성기술로 만든 인공 뼈 재료가 실제 뼈세포에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위해 세포 실험을 진행한 결과 현재 상용화된 제품으로 판매되고 있는 인공 뼈 분말 대비 2배 뛰어난 세포 부착 능력과 세포 증식 능력을 나타내는 것을 확인했다.
전호정 박사는 “이번 연구에서 개발한 재료가 상용화된 재료보다 뛰어난 성능을 보이는 이유는 초고온에서 반응이 일어나는 레이저 수열 합성의 과정을 고려했을 때 합성된 분말이 자연스럽게 녹을 수 있는 '생분해성'을 가지기 때문”이라며 “이 기술을 기반으로 KIST 출자 연구소기업 주식회사 비엠포트(대표 손진경)를 지난 9월 13일 설립했으며, 향후 인공 뼈, 피부 미용용도의 필러 등의 분야에서 상용화를 추진할 예정”이라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST, KU-KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 나노소재 분야 국제 저널인 'ACS NANO' (IF: 18.027, JCR 분야 상위 5.652%) 온라인에 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
