고려대학교(총장 정진택) 화공생명공학과(KU-KIST융합대학원 겸임) 안동준 교수팀과 연세대 화학과 김병수 교수팀은 얼음 성장을 촉진 또는 억제하는 것을 원하는대로 조절할 수 있는 개념을 새롭게 정립하고 이를 구현하는 결빙제어 소재를 개발했다.

연구성과는 복합자연과학분야의 세계적 권위 학술지인 Nature Communcations (IF=17.694)에 11월 1일자 온라인 게재됐으며 관련 국내외 특허를 확보했다.

결빙제어 소재 개발은 주로 극지방 생물의 체액에 존재하는 결빙방지 단백질 (Antifreezing Proteins)의 기능을 모방함으로써 냉해동 과정에서 얼음의 변이에 의한 생체시료의 피해를 최소화시키는 동결보존제로 활용돼 왔다.

이 결빙제어 단백질은 얼음알갱이 표면에 나노 곡률을 형성시켜 얼음이 자라나는 것을 막아서(Kelvin 효과) 생물이 영하의 환경에서 생존할 수 있도록 돕는다.

지금까지 선행연구들은 얼음 성장을 최소화시키는 방향으로 초점이 맞춰져 있었으며 이와 반대로 얼음을 빨리 자라게 만드는 소재나 조건에 따라 결빙 촉진 및 억제가 모두 가능한 소재를 개발한 연구는 보고된 바 없다.

연구팀은 3차원 구조가 정교하게 제어된 생체적합 고분자를 활용해 얼음 형성의 촉진과 억제를 조절할 수 있었다.

연구팀은 친수성 고분자의 표면 작용기가 얼음 표면에서 결합과 해리가 시공간에서 반복될 경우 얼음 성장이 촉진되는 새로운 현상을 발견했다.

해당 소재의 농도를 조절해 그 속도를 최대 3배 빠르게 만들거나 절반 이하 수준으로 느려지게 만드는 데 성공했다.

이러한 개념은 향후, 극지방의 빙하가 녹는 것을 방지하고 오히려 형성을 촉진시켜 지구온난화 문제에 대응할 수 있는 새로운 기술로 발전될 것으로 기대된다.

아울러 결빙으로 특정 암세포를 사멸시키는 동결치료법과 생체시료가 얼음으로부터 받는 피해를 최소화하는 동결보존 등 다양하게 응용될 수 있다.

이번 연구성과는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 지원하는 미래소재디스커버리 사업과 중견연구사업으로 수행됐다.

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출처 : 고려대학교 보도자료