▲ 왕겨 유래 실리카의 3가지 합성방법과 이의 특성 연구 및 독성 분석 개략도

한국세라믹기술원(원장 정연길)이 왕겨에서 추출한 실리카를 알칼리 침출·재침전 후 연소하고 탄소 잔량을 최소화해 안전한 합성법을 발견, 실리카의 생체적용 소재로서의 가능성을 열었다.

한국세라믹기술원 이진형·천진녕 박사와 UNIST(총장 이용훈) Robert J. Mitchell(로버트 미첼) 교수 공동연구팀은 왕겨에서 추출되는 실리카(SiO₂)를 이용해 생체에 적용 가능한 합성 조건을 규명했다고 20일 밝혔다.

실리카(SiO₂)는 지구상에서 가장 풍부한 원소인 실리콘과 산소가 결합하여 형성된 물질로 모래와 콘크리트와 같은 건축재료, 유리의 주요성분, 실리콘의 원료로도 사용된다.

왕겨는 쌀의 부산물로 발생하는 농업폐기물로 매년 100만 톤씩 발생하고 있으며, 왕겨의 10~20%는 실리카로 구성되어 있어서 이를 활용한 연구의 필요성이 꾸준히 제기되고 있었다.

특히, 왕겨 실리카는 식물의 대사작용을 통해 합성되는 천연물질로 생체 친화적이고 안전한 소재로 여겨졌으나 그동안 정확한 독성 평가가 이루어지지 않았다.

이에 공동연구팀은 다양한 동물 세포를 이용해 세포독성 영향을 실험한 결과, 왕겨로부터 실리카를 추출·합성하는 가장 이상적인 방법을 도출했다.

왕겨로부터 실리카를 추출·합성하는 가장 대표적인 3가지 방법은 △연소 △산 처리 후 연소 △알칼리 침출·재침전 후 연소 등으로 실리카 시료를 준비하고, 사람의 조직에서 채취한 5가지 세포군과 쥐로부터 채취한 세포군으로 독성 영향 평가를 실험했다.

그 결과, 모든 세포에서 2,000mg/L의 고농도의 실리카에서도 세포의 50% 이상이 살아있는 알칼리 침출·재침전 후 연소를 하는 방법이 인체에 독성 영향이 가장 적은 방법임을 확인할 수 있었다.

또한 왕겨 실리카를 합성할 때 최대한 유기물을 제거해 연소 시 탄소의 잔량이 최소화하는 것이 인체에 안전한 실리카를 합성하는데 중요한 요소임을 발견했다.

한국세라믹기술원 이진형 박사는 “왕겨와 같은 재생원료 활용을 확대하는 것은 탄소중립을 앞당길 수 있는 좋은 방법이 될 것”이라며 “이번 연구를 통해 왕겨 유래 실리카의 활용이 생체 분야와 같은 고부가가치 산업군으로 확대되길 기대한다.”고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 미국화학회에서 발간하는 에이씨에스 서스테이너블 케미스트리 & 엔지니어링 (ACS Sustainable Chemistry & Engineering)’ 온라인 최신판에 게재됐다.