Selective Transport of Ions and Water Molecules through Bio-mimetic Nanochannels

Abstract

공학적 문제 해결을 위해 자연에서 영감을 얻는 접근법을 자연모사 또는 생체모사라고 한다. 이러한 자연모사법은 센서, 생체의학, 수처리 등 다양한 분야에 응용되는 분리막 (membrane) 연구에도 적용되어왔다. 세포를 둘러싸는 생체막에는 세포 내부와 외부의 물질 교환 통로로 사용되는 다양한 형태의 단백질 채널이 존재한다. 이 중 아쿠아포린이라 명명된 물 채널과 이온 채널은 물과 특정 이온을 선택적이고 효과적으로 이동시키는 역할을 한다. 본 연구에서는, 물 채널과 이온채널의 핵심 기능을 모사한 합성 펩타이드 (peptide)를 나노다공성 고체 지지체에 결합하여 생체 모사 막을 구현하였다. 지지체로는 다공성 실리카가 기공 내부에 채워진 다층구조 음극산화알루미나(silica in anodic alumina oxide) 와 graphene oxide 필름을 사용하여 다양한 크기의 채널을 구현 하였다.. 생체 이온 채널에서 이온 선택 기능을 하는 선택 필터 펩타이드의 핵심기능을 모사하기 위해 이온 인식 기능을 가진 합성 펩타이드를 사용 하였다. 물 채널 모사를 위해서는 아쿠아포린에서 물의 선택적 수송과 이온 배제의 기능을 가진 물선택 필터를 핵심기능만으로 간소화하여 디자인한 합성 펩타이드를 사용하였다. 실험 결과 이온 인식 펩타이드로 만든 막은 이온채널의 기능을 성공적으로 모사하여 선택적으로 이온을 이송하였다. 그리고 물 채널 모사 막 또한 물 투수율이 향상되어 아쿠아포린을 모사할 수 있는 가능성을 보였으나, 후속 연구가 필요하다. 이 연구에서는 자연모사 물질 인식 기능성 분자와 첨단 나노다공성 고체 지지체를 효과적으로 결합하여 고효율 인공 이온채널과 물채널을 구현할 수 있는 새로운 분리막 기술 방향을 제시하였다.