인체엔 무해, 세균은 파괴…산화그래핀 칫솔·옷 원리는?

[아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 인체에는 안전하면서 세균을 파괴하는 차세대 항균 소재의 가능성을 제시했다. 산화그래핀이 인체에 완전히 무해한지에 대한 논란은 여전히 있다.

이번 연구에서는 산화그래핀이 피부에 무해하고 의류의 경우 3일 동안 입힌 뒤에도 인체에는 어떤 부작용도 없었다는 것을 확인한 연구 결과여서 관심을 모으고 있다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형) 신소재공학과 김상욱 교수와 생명과학과 정현정 교수 공동 연구팀이 산화그래핀(Graphene Oxide; GO)이 세균에는 강력한 항균 효과를 보이면서도 인체 세포에는 영향을 주지 않는 원리를 규명했다. 산화그래핀은 머리카락보다 훨씬 얇은 탄소층(그래핀)에 산소가 붙은 나노 소재이다. 물에 잘 섞이고 다양한 기능을 구현할 수 있는 것이 특징이다.

이번 연구는 그동안 명확히 밝혀지지 않았던 그래핀의 항균 작용을 분자 수준에서 입증했다는 점에서 눈길을 끈다.

연구팀은 자석이 특정 금속에만 붙듯이 산화그래핀은 세균의 막에만 달라붙어 파괴하고, 사람 세포는 건드리지 않는 방식으로 ‘선택적 항균 작용’을 한다는 사실을 확인했다.

이는 산화그래핀 표면의 산소 작용기가 세균 세포막에만 있는 특정 성분(POPG)과 선택적으로 결합하기 때문이다. 세균의 막에만 있는 ‘표적’을 인식해 달라붙고 파괴하는 구조다. 여기서 인지질은 세포를 감싸는 막을 이루는 지방 성분이며, POPG는 이 중에서도 세균에 주로 존재하는 성분이다.

이 원리를 적용한 나노섬유는 항생제가 듣지 않는 슈퍼박테리아를 포함한 다양한 병원성 세균의 성장을 효과적으로 억제했다. 동물 실험에서도 염증을 유발하지 않으면서 상처 치유를 촉진하는 효과를 확인했다.

해당 소재를 적용한 섬유는 여러 차례 세탁 이후에도 항균 기능이 유지돼 의류, 의료용 섬유 등 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 보였다.

이 기술은 이미 생활 제품으로도 이어지고 있다. 교원창업기업인 소재창조의 원천특허를 통해 출시된 그래핀 항균 칫솔은 1000만 개 이상 판매되며 상용화 가능성을 입증했다.

2024년 파리 올림픽 태권도 시범단의 도복에도 이 기술이 적용된 그래핀 텍스(GrapheneTex) 소재가 쓰였다. 앞으로 아시안 게임 등 국제 스포츠 행사에서도 신기능성 스포츠 의류로 활약할 예정이다.

주의할 점이 없지 않다. 원천특허를 통해 출시된 검증된 제품과 유사한 제품(미검증 저가제품)의 경우 무작정 구매했다가는 인체에 부작용을 끼칠 수 있다. 여기에 산화그래핀 제품이 나온지 얼마되지 않아 장기 추적 데이터를 확보해야 한다는 지적도 있다.

김상욱 교수는 "이번 연구는 그래핀이 왜 인체에는 안전하면서 세균만 선택적으로 죽일 수 있는지를 과학적으로 밝혀낸 사례”라며 "이 원리를 활용하면 독한 화학 성분 없이도 안전한 의류는 물론 몸에 착용하는 웨어러블 기기나 의료용 섬유 시스템까지 무궁무진하게 확장할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구(논문명 : Biocompatible but Antibacterial Mechanism of Graphene Oxide for Sustainable Antibiotics)는 KAIST 신소재공학과 차수진 박사과정과 생명과학과 정주연 석박통합과정이 제 1저자로 참여했다. 생명과학과 정현정 교수가 공동 교신저자로 이름을 올렸다. 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)'에 3월 2일 자로 실렸다.