많은 오염 물질은 포유류와 기타 동물의 호르몬과 기타 시스템을 방해하는 역할을 한다. 기존의 방법으로는 이런 독성 물질들을 제거하는데 많은 비용과 시간이 소모된다.

『Nature Communications』에 게재된 최근 연구에 따르면미국 MIT와 브라질 고이아스 연방대학(Federal University of Goias)의 연구진은 나노입자와 자외선을 사용하는 새로운 방법이 토양과 물속의 다양한 오염물질을 빠르게 분리하고 추출할 수 있다는 것을 증명했다.

연구진은 암 세포에 약물을 전달하는 나노입자를 개발하다가 이 나노입자가 물과 토양 속의 오염물질을 추출할 수 있다는 것을 우연히 발견했다. 연구진은 자외선 광에 노출하면 벽개되는 폴리머를 합성했으나 자외선 광이 조직과 세포에 손상을 주기 때문에 약물 전달에 적합하지 않다고 여겼으며, 자외선 광이 물을 소독하는 데 사용된다는 것을 알게 되었을 때 이를 다른 분야에 적용하기 위해 노력했다.

연구책임자인 Brandl은 “자외선 광을 사용한다면 이 입자들을 다른 분야에 사용할 수 있다고 생각했다”며 “그 후 자외선 광을 조사했을 때 입자들이 응집한다는 것을 관찰했기 때문에 물 속의 독성 화학 물질, 오염 물질, 호르몬을 제거하는데 입자들을 사용했다”고 말했다.

연구진은 폴리에틸렌글리콜(치약 등에 폭넓게 사용되고 있는 화합물), 폴리락트산(유리 등에 사용되는 생분해성 플라스틱)으로 폴리머를 합성했다.

▲ 물과 토양 속의 오염물질을 추출하는데 사용되는 나노입자.

 

이런 폴리머로 만들어진 나노입자들은 소수성 코어와 친수성 쉘을 가지고 있다. 분자 크기의 힘 때문에, 소수성 오염 분자들은 소수성 나노입자를 향해서 움직이고, 그들을 효율적으로 포집할 수 있는 표면 위에 흡수된다.

이런 나노물질들은 물 속에 균일하게 분산되어 있다. 그러나 자외선 광에 노출될 때, 입자의 안정화된 외부 쉘이 사라짐으로써 여과, 침전을 통해서 제거될 수 있는 더 큰 응집체를 형성한다.

이번 연구진은 폐수로부터 프탈레이트(phthalate, 호르몬을 교란하는 화학물질), BPA, 다륜성 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon) 등을 추출하는데 이 방법을 사용했다. 이 프로세스는 비가역적이면서 폴리머는 생분해성을 가지고 있기 때문에 독성을 가진 2차 생성물을 남기지 않는다.

연구진에 따르면, 이 연구결과는 작은 분자들이 나노입자 표면 위에 수동적으로 흡수할 수 있다는 것을 보여주었다. “우리가 아는 한 이것은 미리 형성된 나노입자와 작은 분자들의 상호작용을 직접적으로 측정할 수 있다는 것을 보여준 최초의 사례”라고 연구진은 말했다.

이번 연구는 환경적인 개선에서부터 의료적 분석까지 다양한 분야에 폭넓게 적용될 수 있다. 폴리머는 상온에서 합성되어 특정 화합물을 대상으로 특별하게 제조될 필요가 없으며, 모든 종류의 소수성 화학물질과 분자들에 폭넓게 적용이 가능하다.

Brandl은 “오염물질을 제거하는데 사용된 상호작용은 비-특이성을 가지며, 동일한 샘플 속에 존재하는 호르몬, BPA, 농약을 제거할 수 있고 이는 한 단계로 수행이 가능하다”고  덧붙였다.

나노입자의 높은 표면적 대 부피 비율은 작은 양으로 많은 오염물질을 제거할 수 있다는 것을 의미한다. 이 기술은 오염된 물과 토양을 비용 효율적으로 정화시키는데 큰 잠재력을 가지고 있다. 이 연구는 나노크기 약물 전달 기술과 환경적 개선 기술에도 적용될 수 있을 것으로 예상된다.

Frank Gu 교수는 “우리는 제약 산업을 위한 매우 정교한 고정밀 툴에 이 기술을 적용하려 노력하고 있고, 제약 분야에 사용할 수 있는 방법을 조사하고 있다”고 말했다.