화학공학과 배진혜 교수가 이끄는 연구팀은 미국 UC샌디에이고(UCSD)의 Susan Golden 교수 연구팀과의 국제 공동연구를 통해, 광합성 세균을 활용한 새로운 형태의 자극응답형 생명소재(Engineered Living Material, ELM) 를 개발했다. 본 연구는 2025년 5월, 미국 국립과학원회보(PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재되었다.

이번 연구에서는 기존 고분자 기반의 생명소재가 가지는 세포 생존의 한계를 극복하기 위해, 온도 반응성 하이드로젤 내부로 광합성 세균 Synechococcus elongatus를 확산 방식으로 주입하는 새로운 제작 방식을 제안하였다. 기존에는 독성이 있는 전구체 환경에서 세포가 손상되거나 사멸하는 문제가 있었으나, 본 연구팀은 고분자 겔의 구조 변화(팽윤 및 수축 특성)를 활용하여 세포가 생존 가능한 완성된 하이드로겔 내부로 확산 유입시키는 데 성공했다.

그림설명. 주사전자현미경(SEM) 이미지에서 광합성 세균(녹색)이 고분자 하이드로젤 내부에 분포되어 있음을 보여줌

또한, 연구진은 이 생명소재가 시간이 지남에 따라 형태가 점차 변형되고 재료의 기계적 특성이 변화함을 관찰했다. 이는 세균이 배출한 이전에 규명되지 않았던 아미다제(Amidase) 효소에 의한 하이드로겔의 부분적 분해로 인한 현상으로, 단순한 형태 변화 이상의 비평형 조건 하에서의 세포-재료 상호작용을 규명한 데 큰 의의가 있다.

배진혜 교수는 “이번 연구는 다양한 합성 고분자를 기반으로 생명소재를 설계할 수 있는 가능성을 보여주었고, 자극응답성과 시간에 따른 동적 변형 능력을 함께 갖춘 새로운 유형의 기능성 소재를 제시한 것”이라며 “향후 스마트 바이오센서, 환경 정화, 생체로봇 등에 응용될 수 있는 플랫폼 기술로 발전할 것”이라고 전망했다.