KAIST, 미생물 이용한 친환경 나일론 유사 플라스틱 개발

"석유화학 산업 기반 의존 않고 플라스틱 재생 가능성 제시"

폴리에스터 아마이드 생산을 위한 신규 대사회로. ⓒ한국과학기술원[데일리안 = 김소희 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 미생물을 이용한 친환경 나일론 유사 플라스틱 개발에 성공했다고 20일 밝혔다.

이상엽 KAIST 생명화학공학과 특훈교수 연구팀은 시스템 대사공학을 이용해 미생물 균주를 개발하고 여러 가지 신규 유형의 친환경 바이오 플라스틱인 폴리에스터 아마이드를 생산했다. 한국화학연구원 연구진과 공동 분석을 통해 생산된 이 플라스틱의 물성 확인까지 성공했다.

이상엽 특훈교수 연구팀은 자연계에 존재하지 않는 새로운 미생물 대사회로를 설계해 폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-3-아미노프로피오네이트), 폴리(3-하이드록시뷰티레이트-ran-4-아미노뷰티레이트) 등을 포함한 9종의 다른 폴리에스터 아마이드를 생산할 수 있는 플랫폼 미생물 균주를 개발했다.

폐목재, 잡초 등 지구상에서 가장 풍부한 바이오매스의 주원료인 포도당을 원료로 사용해 폴리에스터 아마이드를 친환경적으로 생산할 수 있도록 했다. 또한 연구팀은 해단 균주의 유가 배양식 발효 공정을 이용해 고효율 생산 (54.57 g/L)을 보임으로써 추후 산업화될 가능성도 확인했다.

KAIST 연구진은 한국화학연구원 정해민, 신지훈 연구원과 함께 바이오 기반 플라스틱의 물성을 분석한 결과, 기존의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 유사한 성질을 가지고 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 이번 연구에서 개발된 균주 및 전략들이 여러 가지 폴리에스터 아마이드 뿐만 아니라 다른 그룹의 여러가지 고분자들을 생산하는 대사회로 구축하는데 유용하게 쓰일 것으로 예상하고 있다.

이상엽 특훈교수는 “이번 연구는 석유화학 산업 기반에 의존하지 않고도 폴리에스터 아마이드(플라스틱)을 재생가능한 바이오기반 화학산업을 통해 만들수 있는 가능성을 세계 최초로 제시한 것”이라며 “앞으로 생산량과 생산성을 더욱 높이는 연구를 이어갈 계획”이라 말했다.

https://n.news.naver.com/mnews/article/119/0002935022

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✅ 폴리에스터 아마이드의 장점

1. 우수한 기계적 강도와 내구성

• 폴리아마이드(나일론) 성분 덕분에 인장 강도와 내마모성이 뛰어남
• 반복적인 변형에도 강한 내성을 가짐

2. 유연성과 가공성

• 폴리에스터의 특성을 가져 유연하면서도 가볍고 가공이 용이함
• 섬유, 필름, 코팅제 등 다양한 형태로 가공 가능

3. 화학적 저항성

• 기름, 유기 용매, 약산 등에 강하여 산업용 코팅, 필름 등에 사용됨

4. 생체 적합성 (Biocompatibility)

• 인체에 적합한 재료로 의료용 실, 생분해성 임플란트, 약물 전달 시스템 등에 활용

5. 일부 유형은 생분해 가능

• 특정한 조건에서 자연 분해가 가능하여 친환경 소재로 활용될 수 있음

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❌ 폴리에스터 아마이드의 단점

1. 높은 제조 비용

• 복합 소재이기 때문에 단순한 폴리에스터나 폴리아마이드보다 생산 비용이 높음

2. 내열성 제한

• 일반 폴리아마이드(Nylon)에 비해 내열성이 다소 낮을 수 있음
• 고온 환경에서는 일부 특성이 감소할 가능성 있음

3. 수분 흡수 가능성

• 폴리아마이드 계열의 특성상 습도에 따라 수분을 흡수할 수 있음
• 이로 인해 장기적인 기계적 특성이 변할 수 있음

4. 특정 화학물질에는 취약

• 강산, 강염기 환경에서는 분해될 가능성이 있음

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📌 결론

폴리에스터 아마이드는 기계적 강도, 내구성, 유연성, 생체 적합성 등의 장점이 있어 의료, 산업, 섬유 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
다만, 제조 비용이 높고, 수분 흡수 및 내열성이 제한될 수 있으므로 사용 환경에 따라 적절한 소재 선택이 필요합니다. 😊