전극 성능 개선을 위한 미생물 유래 나노재료 생산 기술

Abstract

전극 성능 개선을 위한 미생물 유래 나노재료 생산 기술

자연에는 수 많은 바이오 기반 구조체가 있다. 그것들은 서로 다른 형태를 띄지만, 효율적인 측면에서 본다면 모두 최적의 형태를 유지하고 있다. 그 중 일부 구조를 모방하여 인공 재료 및 나노 구조 템플릿으로 활용했다.

이번 연구에서는 Cylindrotheca fusiformis에서 유래된 silaffin R5 peptide를 Escherichia coli와 fd 박테리오파지를 활용하여 생물학적 무기물화 반응을 진행했다. Silaffin R5 peptide는 규화효소의 한 종류로 온화한 조건에서 자발적으로 나노 실리카 구조체를 형성한다. 더불어 박테리오파지는 기존 Escherichia coli 등에 비해 번식 능력이 뛰어나 많은 양을 얻을 수 있다는 이점이 있다.

두 시스템의 장점을 융합하기 위해 유전공학적 기술을 이용하여 fd 박테리오파지의 pⅧ capsid 단백질에 silaffin R5 peptide를 발현시켰다. pⅧR5 박테리오파지는 0.24 ㎎/㎖의 농도를 보였으며, tetramethyl orthosilicate (TMOS)와 생물학적 규화 (biosilicification)로 약 200-300 ㎚ 나노 실리카 구조체를 형성했다. 이를 Scanning Electron Microscopy (SEM)와 Transmission electron microscopy (TEM)을 이용하여 확인했다.

본 연구에서는 peptide의 발현과 단백질 및 박테리오파지의 분리 및 정제 등 일련의 제조공정을 확립했다. 향후 위 구조체는 이차전지의 새로운 전극소재로 이용되어 기존 시스템의 효율을 향상시키는데 긍정적인 영향을 줄 것이며, 나아가 최소한의 화학공정과 결합하여 친환경 촉매의 제조와 에너지 저장소재 등 다방면에서 활용될 것으로 기대한다.