한국기초과학지원연구원(KBSI)이 친환경 공정으로 합성한 나노소재를 이용해 다제내성균을 최대 99.9% 억제하는 기술을 개발했다.
KBSI 영남권센터 정예슬 책임연구원, 소재연구본부 이현욱 책임연구원·김혜란 연구원, 호남권센터 정혜종 책임연구원으로 구성된 융합연구팀은 ㈜나노제네시스 이순창 박사와 공동연구로 구형 아연-실리카 나노 항균소재를 개발하고 다제내성균에 대한 이중 항균 메커니즘을 규명했다.
연구팀은 첨가제·계면활성제·유기 템플릿 없이 상온·상압 공정만으로 직경 약 300nm 크기의 균일한 구형 아연-실리카 나노물질을 대량 합성하는 기술을 개발했다.
기존 나노소재 합성법이 고온 공정과 복잡한 공정에 의존했던 것과 달리, 이번 기술은 에너지 소비와 공정 비용을 크게 줄인 친환경 합성 기술이라는 점에서 산업 활용 가능성이 높을 전망이다.
연구팀은 KBSI의 첨단 분석 장비를 활용해 이 나노물질의 항균 작용 원리도 규명했다.
분석 결과 아연-실리카 나노물질에서는 아연 이온(Zn²⁺) 방출과 광촉매 반응에 따른 활성산소종(ROS) 생성이 동시에 일어나는 이중 항균 메커니즘이 확인됐다.
방출된 아연 이온은 세균 세포막과 상호작용해 막 투과성을 변화시키고 효소 기능을 저해한다.
동시에 광촉매 반응으로 생성된 활성산소는 세포막 지질과 단백질, 핵산 등에 산화 손상을 일으켜 세균 기능을 비가역적으로 약화시킨다.
이러한 이온 독성과 산화 손상이 결합된 복합 작용으로 항생제 내성을 가진 세균에도 높은 억제 효과가 나타났다.
실제 실험에서 '유도결합 플라즈마 분광분석(ICP-AES)'을 통해 나노구체 표면에서 24시간 동안 약 9.2mg/L 수준의 아연 이온이 안정적으로 방출되는 특성이 확인됐다.
또 전자상자성공명(EPR) 분석으로 광촉매 반응 과정에서 생성되는 '히드록실 라디칼'을 검출해 활성산소 생성 경로를 실험적으로 입증했다.
항균 성능은 카바페넴 내성 장내세균(CRE)인 대장균(E. coli)과 폐렴간균(K. pneumoniae), 메티실린 내성 황색포도알균(MRSA), 반코마이신 내성 장알균(VRE) 등 임상적으로 중요한 다제내성균 4종을 대상으로 검증했다.
그 결과 모든 균주에서 농도 의존적이며 통계적으로 유의한 항균 활성이 확인됐다.
또 BET 분석 결과 나노물질의 비표면적이 순수 실리카 대비 약 4배 이상 증가해 항균 반응이 일어나는 활성 부위 접근성이 크게 향상된 것으로 나타났다.
이현욱 책임연구원은 “친환경 공정으로 대량 합성이 가능한 나노 항균 물질이 다제내성균에 대해 높은 효능을 보였다는 점에서 학술적·산업적 의미가 크다”며 “의료, 감염관리, 수처리 분야에 적용 가능한 항균 소재 플랫폼을 제시했다”고 말했다.
정혜종 책임연구원은 “CRE, MRSA, VRE 등 고위험 병원성 균주에 대해 CFU 기반 생존율 분석과 통계 검증을 통해 실제 항균 성능을 확인했다”며 “향후 생체적합성과 장기 안정성 평가를 거쳐 의료·감염관리 분야에서 활용 가능한 실용적 항균 소재로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구결과는 지난 4일 국제학술지 'Chemical Engineering Journal(IF 13.3)'에 게재됐다.
(논문명: Facile eco-friendly sol-gel synthesis of highly monodispersed Zn@silica nanospheres with dual antibacterial mechanism against multidrug-resistant bacteria, Chemical Engineering Journal 531 (2026) 174108, IF=13.3, KBSI 정예슬·김혜란(공동제1저자), ㈜나노제네시스 이순창(공동제1저자), KBSI 정혜종·이현욱(공동교신저자))
