미세조류를 이용한 친환경 3D 프린팅 잉크

현재 3D 프린터에 사용되는 잉크는 대부분 석유화학 제품인 경우가 많습니다. 가장 구하기 쉽고 출력도 쉽기 때문이지만, 이로 인해 출력 과정과 결과물에 독성 물질이 생길 수 있고 제조 과정 역시 친환경적이지 못한 문제가 있습니다.

하이델베르크 대학의 애바 블라스코 교수 (Prof. Dr. Eva Blasco, a scientist at the Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials (IMSEAM) of Heidelberg University가 이끄는 국제 과학자팀은 규조류 (diatom)인 오돈텔라 아우리타 (Odontella aurita)와 녹조류인 테트라셀미스 스트리아타 (Tetraselmis striata)를 이용해 바이오 3D 프린팅에도 사용할 수 있는 친환경 잉크를 만들었습니다.

식물성 플랑크톤인 규조류와 미세조류인 녹조류은 매우 쉽게 키울 수 있으며 주로 중성지방으로 존재하는 지방과 색소를 쉽게 추출할 수 있습니다. 연구팀은 여기에 착안해 이광자 3D 레이저 프린팅 (two-photon 3D laser printing) 용 잉크를 개발하기로 했습니다.

이광자 레이저 3D 프린터는 특정 파장의 빛에 반응하는 수지에 레이저를 교차시켜 폴리머 중합 반응 같은 화학 반응을 유도합니다. 이 방식은 마이크로미터나 나노미터 크기의 정교한 출력물을 빠르게 만들 수 있는 기술로 주목받고 있습니다. 하지만 바이오 프린팅에는 적합한 잉크가 없어 실용화하기 어려웠습니다.

연구팀은 규조류와 녹조류에 풍부한 색소가 이광자 레이저 3D 프린팅에서 광반응을 시작하는 포토이니시에이터 (photoinitiators)의 역할을 할 수 있을 것으로 보고 개발을 진행했습니다. 그 결과 실제로 이 잉크를 이용해 광반응을 유도하고 미세 구조를 만들 수 츨력할 수 있다는 것을 확인했습니다.

연구팀은 이렇게 출력한 3차원 출력물에 세포가 실제로 생존하고 증식할 수 있는지도 추가로 검증했습니다. 연구팀은 세포 주입 후 24시간 후 생존률이 100%에 가깝다는 사실을 확인했습니다. 기존의 폴리머 기반 출력물에서는 기대할 수 없었던 성과입니다.

따라서 연구팀은 이 바이오 잉크가 훨씬 친환경적이고 지속 가능할 뿐 아니라 바이오 3D 프린팅에 더 적합할 것으로 기대하고 있습니다. 인공 피부나 연골, 뼈는 물론 더 복잡한 조직과 장기를 3차원적으로 출력할 수 있게 될지 앞으로의 발전이 기대됩니다.

참고

https://phys.org/news/2024-08-3d-laser-bioinks-microalgae.html

Clara Vazquez‐Martel et al, Printing Green: Microalgae‐Based Materials for 3D Printing with Light, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202402786

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