색·빛 감지하는 인공 생체 소재 개발

색·빛 감지하는 인공 생체 소재 개발

 

국내 연구진이 사람의 시각 기능과 유사하게 빛을 인지할 수 있는 소재를 개발했다. 한국 과학 기술 연구원(KIST)은 센서 시스템 연구 센터 김재헌 박사팀은 한국 기초 과학 지원 연구원(KBSI) 송현석 박사, 서울대 박태현 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 빛과 색을 인지하는 인공 생체 소재 개발과 특성 분석에 성공했다고 2018년 05월 28일 밝혔다.

 

연구팀은 망막에서 빛을 인지하는 광수용체 단백질을 생산하고, 그래핀 소재와의 결합을 통해 인공 광수용체가 인지하는 광학적 신호를 전기화학 신호로 측정, 분석했다. 인간의 눈에 있는 망막은 원추 세포와 간상 세포로 구성돼 있다. 원추 세포는 빛의 3원색인 빨강, 초록, 파란색의 빛을 각각 흡수하는 광수용체 단백질을 이용해 가시 광선을 흡수한다. 간상 세포는 광수용체 단백질을 이용해 주로 명암을 구분, 사물 인지와 색 인지 기능을 수행한다.

 

연구진은 인간 광수용체 단백질 4종을 인공 생산한 뒤, 생체 물질과의 결합 친화성이 높고 전기 화학적으로 예민한 특성을 지닌 그래핀과 이를 결합했다. 이 소재가 빛을 흡수해 일으키는 생화학적 변화를 전기 화학적 신호로 포착해 특성을 분석했다. 이후, 인간 광수용체를 인공적으로 세포 내에서 생산, 그래핀 소재 표면에 적층해 인간 광수용체 단백질 기반 인공 생체 소재를 구현했다.

 

연구진이 개발한 생체 소재는 가시 광선 빛에 대해 인간의 빛 감지 스펙트럼과 매우 유사한 스펙트럼으로 반응하는 모습을 보였다. 빛의 3원색인 붉은색, 초록색, 파란색 빛과 명암을 인지하는 인간 눈 특성과 유사하게 가시 광선의 빛을 색깔별로 구분할 수 있는 것이다.

 

이번 연구는 순수 국내 연구진 연구에 의한 원천 기술이다. 연구진은 향후 망막 질환으로 고통 받는 환자들의 치료를 돕기 위해 활용될 수 있으며, 장기적인 연구를 기획하고 진행하고 있다. 김재헌 박사는 “이번에 개발한 인공 생체 소재는 순수 국내 연구진에 의해서 개발된 생명 공학과 광학 분야의 융합 원천 기술로 향후 망막 질환 해소를 위한 소재로 활용될 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

 

송현석 박사는 “이번에 개발된 생체 소재는 인간 시각을 가장 가깝게 모방할 수 있는 소재로, 향후 시각 질환 환자에 적용 가능한 인공 망막으로 개발될 경우 인간의 망막과 비슷하게 작동하여 기존 인공 망막 기기 보다 훨씬 효율적일 것으로 전망한다.”고 밝혔다. 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼스’ 2018년 05월호에 게재됐다.