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나노크기 효소를 이용한 천연색 친환경섬유
염료제조 산업은 백 년도 더 전에 설계된 공정과 화학을 기반으로 하고 있으며, 이 중 일부는 에너지 소비량이 높고 잠재적으로 작업자의 건강을 해칠 위험성을 내포하고 있다. 화학물질 혼합 시의 폭발반응을 방지하기 위해, 공정 온도는 얼음처럼 차가운 정도로 낮게 냉각시켜야 하며, 이때 많은 에너지가 사용된다. 게다가 일부 염료는 독성을 가지고 있으며 피부를 통해 체내로 유입될 위험성이 있다. 또한 산업체에서 사용되는 모든 염료의 10~15%는 제조 및 사용 중 환경으로 배출되며, 이로써 살아있는 유기체에 어떤 위협이 되고 있다. 이런 관점에서 EU는 이런 독성 염료의 상당부분을 금지하고 있지만, 모든 물질을 대체할 수는 없다는 문제점이 있다.
이런 문제점을 극복하기 위해, 벨기에 루벤 카돌릭대학교(Catholic University of Leuven)이 주도하고 유럽연합이 투자한 연구프로젝트인 SOPHIED의 과학자들은 진균류로부터 효소라고 불리는 특별한 단백질을 추출하였다. 추출된 시편은 그리 천연색으로 보이지는 않지만, 친환경 염료를 제조하는데 필요한 효소를 생산할 수 있다. 이 물질은 섬유 및 가죽을 염색하기 위한 착색제(colorant)를 합성하는데 사용되었다.
진균류는 모든 종류의 색상을 가지고 있고 효소는 생물정화(bioremediation) 분야에서 새로운 색상의 화합물을 만들어 낼 수 있다. 여기서 생물정화란 미생물이 대사과정을 통해 오염물질을 제거하는 과정에 해당한다. 그러나 우리가 알지 못했던 것은, 자연에서 발견할 수 없었던 화학적 기능과 특별한 성질을 이용해 섬유용 염료를 만드는 것이 가능한 지에 대한 것이었다고 벨기에 루뱅 카톨릭대학(Universite catholique de Louvain, Earth and Life Institute - Applied Microbiology)의 Estelle Enaud는 전한다. Enaud는 2년 전 Sophie Vanhulle가 사망한 후 프로젝트의 코디네이터로써 Vanhulle를 대신하고 있다.
효소를 추출하기 위해 영양분을 포함하고 있는 액체에 진균을 배양하였으며, 이로써 진균을 성장시키고 원하는 단백질을 방출하도록 한다. 진균을 제거한 다음, 실리카 입자를 액체에 주입한다. 효소 및 실리카 입자의 결합은 효소를 안정화시키고, 염료 제품의 마지막 단계에서 단백질을 제거한다고 Estelle Enaud는 강조하고 있다. 연구팀이 사용한 입자는 평균 100 μm의 크기로 나노보다는 훨씬 크다. 본 프로젝트의 나노크기 및 나노부문은 나노결정인 효소에 관한 것이며 소위 생물학적 나노 도구라고 지칭할 수도 있다고 그녀는 덧붙였다.
새로운 착색제는 폴리아미드(polyamide), 실크 혹은 울 소재 섬유에 직접적으로 부착되는 화학적 특성을 갖고 있어서, 수질을 오염시키고 알레르기를 발생시키는 추가적인 화학물질을 사용할 필요가 없다. 시장에 이 제품을 유통하기 전에, 독성을 확인할 필요성이 있다고 ICN(Institut Catala de Nanotecnologia)에서 무기 나노입자 그룹(Inorganic nanoparticles group)을 책임지고 있는 Victor Puntes는 지적하고 있다. 기본적으로 큰 시리카 입자는 나노 크기의 입자보다 독성이 크다. 반면 크기가 커질수록 세포 내로 유입될 가능성은 적어지지만, 일단 세포 내로 유입되면 만성염증을 유발해 약 20년 후에 일종의 암의 발생시킬 수 있다고 Puntes는 설명한다. Enaud는 실험에 사용한 실리카 입자가 독성을 갖고 있지 않다고 확신하고 있다. 이 입자는 보통 치약, 원예 및 콘크리트에 사용되고 있으며 유해물질로 분류되어 있지도 않다고 덧붙였다.
전통적인 염료의 주요 장점 중 하나는 세탁, 기계적 마모 및 햇빛에 의한 탈색에 저항성을 갖는다는 점이다. 새로운 친환경 염료에 대한 첫 번째 실험에서, 색상은 햇빛 아래에서 색이 바래기 시작하였다. 광 저항성을 부여하는 방법에 대해 연구하는 동안, 속옷이나 양말처럼 햇빛에 노출이 적은 의복용 염색에 사용할 수 있을 것이라는 의견을 제시하게 되었다. 프로세스를 최적화할 필요성이 있다고 Enaud는 인정하고 있다.
본 기술의 효소기술은 섬유분야뿐만 아니라 피혁 및 화장품 분야로 응용분야를 확대할 수 있다. Enaud에 따르면, 염료 산업의 독성 화학물질의 생물정화에도 사용될 수 있으며, 식품 및 음료의 색상 조절이나 개선을 의한 특정한 가공과정에도 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 개인 위생용품 및 의료용 감염방지를 위해 활용할 수도 있을 것이라고 한다.
기존 섬유산업을 대체할 이 하이테크 대체품은 유럽연합 내에서만 이용 가능하며, 아시아의 염료 시장에서 상당한 우위를 점할 것으로 예상되고 있다.
출처 : http://www.nanowerk.com/news/newsid=22618.php
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