Q1. 홍조류인 꼬불꼬시래기의 추출 후 남겨진 찌꺼기에서 항염과 항비만 활성을 갖는 나노파티클을 개발하여 특허 출원을 마쳤다고 들었습니다. 이에 대해서 설명 부탁드립니다.

꼬시래기는 ‘본초강목’에도 소변을 배출하고 열을 내려준다고 기록되어 있는 해조류입니다. 꼬시래기와 같은 홍조류는 탄수화물, 무기질, 단백질 등이 풍부하며 장 활동을 원활하게 하고 중금속 배출, 혈관 내 콜레스테롤이 쌓이는 것을 방지하는 등의 효과가 있다고 알려져 있습니다. 또한, 열량이 낮고 혈액순환을 돕기 때문에 다이어트를 할 때 먹어도 좋고, 칼륨이 풍부해 고혈압 환자에게도 도움이 될 수 있습니다. 국내 한 연구에서는 꼬시래기 산 추출물이 전립선 암세포 증식을 억제하며, 환경 호르몬에 의해 증식된 암에 대해서도 성장을 억제할 수 있는 효능을 가지고 있음을 증명하기도 하였습니다. 꼬불꼬시래기도 역시 항염, 항산화 등에 유효한 물질을 갖고 있어 그 추출물에 대한 연구가 진행 중에 있습니다.
이 꼬불꼬시래기 추출 후 남겨진 찌꺼기를 바탕으로 개발한 나노파티클(나노粒子; nanoparticle)은 크기가 천만 분의 1미터 이하인 입자를 말합니다. 분자나 원자를 조작해 새로운 구조, 소재, 기계, 기구, 소자를 제작하고 그 구조를 연구하는 나노기술의 영역에 속하는 입자이며, 미국 국립 과학재단의 나노기술에 대한 정의에 의하면 나노 기술이 다루는 대상의 크기는 최소한 1~100nm(나노미터)가 되어야 한다고 합니다.
나노입자를 기존의 제품에 첨가하면 얇은 층을 형성하면서 여러 가지 특성을 나타내는데, 이 특성을 이용해 기존 제품에 응용할 수 있습니다. 예를 들어 나노 입자를 입힌 마루는 잘 긁히지 않고, 주방 용품이나 화장실 타일 등에 입히면 얼룩이나 긁힘이 잘 생기지 않습니다. 가장 대표적으로 알려진 나노파티클은 은으로 된 은나노파티클(은나노입자)입니다. 항균 기능을 갖고 있어 여러 가전제품에 은나노파티클 코팅을 하였다는 광고를 접해본 경험이 있을 것이라 생각됩니다. 은나노파티클의 경우 항균성을 가지고 있어 제품에 입힐 경우 곰팡이가 번식하기 힘들어지는 특징을 갖습니다. 이렇듯 나노미터 크기 단위의 미립자가 가지는 특이한 물리적, 화학적 성질을 이해하면 아주 다양한 분야에 적용 가능합니다.
현 연구를 통해서 개발된 나노파티클은 탄소나노점(탄소닷; Carbon dots)이라고 명칭되며, 여러 유기물 기반의 물질로부터 복잡한 설비 등이 없이 합성이 가능하고 여러 기능성을 갖고 있어 다양한 분야(바이오의료, 반도체, 바이오센서 등)에서 활발한 연구가 진행 중인 신규 물질입니다.

Q2. 나노파티클은 어떠한 효능을 갖고 있나요? 그리고 이 나노파티클의 향후 개발 분야와 활용 가능성에 대해 설명해 주세요.

꼬불꼬시래기로부터 유용한 추출물을 추출하고 남겨진 찌꺼기(잔사)를 이용하여 이번에 개발한 나노파티클은 항염 및 항비만 효과를 동시적으로 갖고 있다는 것이 특징입니다. 그 외 다른 기능적 활성을 갖고 있는지는 추가적으로 연구하고 있습니다. 꼬불꼬시래기가 식용으로 사용되고 있고, 이를 이용하여 만드는 탄소나노점의 경우에는 여러 문헌들을 통해 생체적 안전성을 갖고 있다고 알려져 있어, 기능성 화장품 산업에 충분히 활용이 가능할 것으로 기대됩니다. 꼬불꼬시래기 추출물 찌꺼기를 이용해 만들어진 탄소나노점은 일반적으로 알려진 탄소나노점이 갖는 기능성들도 모두 갖고 있기 때문에 위에서 말씀드렸던 화장품 산업 외에도 향후 후속연구 등을 통해 건강 기능성 식품 분야, 반도체 및 디스플레이를 포함하는 전자분야 등 다양한 산업 분야에서의 활용 가능성도 충분할 것으로 생각됩니다.

Q3. 지금까지는 에탄올을 이용해 꼬불꼬시래기를 추출했을 때 10~20%를 제외하고는 폐기돼 왔지만, 이번 연구를 통해 폐기되던 찌꺼끼도 재활용 가치가 높은 유기성 자원으로 활용될 가능성을 찾았다고요? 그 연구 과정에 대해 설명해 주세요.

일반적으로 에탄올을 이용해 대상체로부터 유용 추출물을 추출하고 나면, 대상체 자체의 80% 이상은 찌꺼기(잔사)로 남게 되며, 꼬불꼬시래기 또한 동일합니다. 여러 해양생물을 이용하여 유용 추출물을 추출하고 남겨지는 찌꺼기가 상당하고, 남겨진 찌꺼기가 여전히 유기물(유기체)이라는 점에 착안하여, 이를 충분히 활용할 수 있는 방안을 모색하였고, 결과적으로 여러 해양생물들로부터 추출 후 남겨지는 찌꺼기를 활용하여 나노파티클(탄소나노점)을 합성하게 되었습니다. 이렇게 합성한 나노파티클들을 기존 추출물을 대상으로 진행하던 항염, 항산화, 항비만 효과 분석을 동일하게 수행하였고, 꼬불꼬시래기 추출 찌꺼기로부터 만든 나노파티클이 항염, 항비만 효과를 갖고 있음을 확인하였습니다. 꼬불꼬시래기 추출물과 찌꺼기를 이용하여 만든 나노파티클의 항염 활성을 비교해 보면 추출물 대비 나노파티클이 약 70~80% 정도로 확인되어 충분히 재활용 자원으로써 활용이 가능할 것으로 판단됩니다.

Q4. 찌꺼기를 재활용하게 됐다는 것은 기후위기 극복 방안을 위한 순환경제 사회로의 전환에도 큰 의미가 있다고 봅니다. 그냥 폐기됐을 경우와 재활용하게 될 경우 환경에 어떠한 차이를 유발하는지 설명해 주세요.

원료를 한 번 사용하고 폐기하는 제품으로 변환하는 전통적인 선형 경제 모델은 자재(materials 또는 supplies)가 자원 추출에서 제조, 매립으로 직선으로 흐릅니다. 그렇기 때문에 최대한 많은 제품을 생산하고 판매함으로써 가치가 창출됩니다. 이 모델은 자원을 낭비하고 과도한 오염을 일으켜 생태계 저하, 재산 집중, 사회적 불평등을 유발하는 것이 특징입니다. 이런 선형 모델과 달리, 순환 모델은 재사용, 재활용 또는 용도를 변경할 수 있도록 사용 후 제품을 다시 순환에 넣어서 루프를 닫기 때문에 지속적인 가치가 창출될 수 있습니다. 순환 경제 모델은 사람뿐만이 아니라 지구적 관점에서 이익을 얻기 위해 성장을 재정의하는 것을 목표로 하며, 모든 인간, 기업, 공장, 생물은 폐기물과 오염을 줄이고, 제품과 물질을 더 오래 사용하고, 자연 생태계를 재창조하는 경제 시스템의 혜택을 누릴 수 있을 것 입니다.
순환 경제는 비즈니스, 사회 및 환경 분야를 개선할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있으며, 환경적 측면에서 Ellen MacArthur Foundation의 연구에 따르면 순환 경제 개발 경로는 2030년까지 이산화탄소 배출량을 절반으로 늘릴 수 있음을 나타냅니다. 이 모델에서는 토양, 토양, 물, 원료의 사용이 더 잘 관리되고, 환경에 유독성 오염물질과 화학물질이 배출되는 것을 감시하고 감소시켜 자연 서식지와 생물 다양성을 보존하고 기후 변화의 영향으로 고통받는 종의 대량 멸종을 중단하는 데 도움을 줄 것이라 예상합니다. 또한, 폐기물과 오염으로 인한 건강 유해성이 줄어드는 효과도 기대됩니다.

Q5. 마지막으로 현재 연구 중인 홍조류를 비롯해 다양한 해양생물 등이 어떠한 식으로 개발되고 활용될 수 있는지, 기대하는 가능성과 파급 효과를 설명해 주세요.

해양에는 지구 생물종의 80%에 해당하는 약 30만종의 생명체가 존재하며, 아직 그 가치가 알려지지 않은 해양생물이 대부분입니다. 또한, 해양생물들은 해양이란 특수한 환경에서 적응하기 위해 진화 과정에서 육상생물과 차별화된 생물학적·유전적 특성을 보유하고 있어 유용한 소재로의 개발 및 활용 가능성이 무궁무진하다고 할 수 있을 것 같습니다. 전세계적으로 풍부한 해양생물(해양생명자원)들을 활용하여 여러 첨단생명공학 기술을 접목시켜 산업적 활용이 가능한 소재개발을 목표로 건강기능식품, 기능성 화장품, 환경친화적 에너지 및 의약품 등 전분야에 걸쳐 연구개발이 폭넓게 확대되고 있습니다. 현재 소재개발연구실(구 천연물자원실)에서도 다양한 해양 동식물로부터 유용한 추출물을 추출하고 분석하여 그 기능성을 밝히고 활용하고자 하고 있으며, 항염, 항산화, 항비만 등의 활성을 갖는 나노파티클 뿐만 아니라 자가형광발광 효과를 갖는 표지물질 연구, 자외선 차단이 가능한 소재개발 등 해양생물을 활용한 기능성 나노파티클 개발 연구도 지속적으로 진행하고 있습니다. 해양생물의 직접 활용에서부터 나노바이오 기술 접목을 통해 자원순환형 연구개발을 위한 다양한 시도를 하고 있고, 연구개발 결과에 대해 논문 출간, 특허등록, 기술이전 등을 통해 대중과 공유하려는 노력을 아끼지 않고 있습니다. 다양한 기능성을 갖춘 나노파티클은 위에서도 언급했듯이 많은 산업분야에서 활용 가능성을 보여주고 있고, 소재개발연구실 차원에서도 산업적 소재 개발·활용이라는 연구전략 하에 많은 연구역량을 집중하고 있기 때문에 이제까지 미활용 되거나 가치가 없던 해양생물들이 향후 국가 경제를 이끌 수 있는 미래 성장동력으로서 탈바꿈될 수 있는 가능성이 크게 기대됩니다.