기술개요
그래핀의 바이오 응용 배경
BACKGROUNDS
그래핀의 특성 및 응용분야
흑연 및 산화그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 등의 탄소기반 소재들은 높은 기계적 강도 및 독특한 광학적, 화학적 특성 때문에 오래 전부터 많은 연구가 되어 왔음. 높은 전기전도성 및 열전도성, 높은 기계적 강도와 경도, 우수한 화학 안정성 등 다양한 분야에서 적용 가능한 우수한 물리화학적 특성을 가지고 있기 때문에 21세기 "꿈의 신소재"로서 많은 각광을 받고 있으며 투명전극소재, 봉지막소재, 방열소재, 광학소재, 에너지분야, 초경량소재 등 다양한 물리화학적 응용분야에서 연구가 진행되고 있음. 줄기세포, 조직공학 등 바이오메디컬 분야 응용은 서울대대학교 홍병희 교수가 2011 세계최초로 시작한 이래 전세계적으로 관련 연구가 활발히 이루어지고 있음.
고분자와의 보합화를 통한 접근
탄소소재물질은 기계적 강도 향상 등을 위해 다른 고분자와의 복합화 방법이 가장 손쉬운 접근 방법으로서 다양한 합성 및 천연고분자와의 복합화가 가능함. 특히 생체친화성이 높은 바이오 셀룰로오스 등과의 복합체의 바이오응용 가능성이 주목받음.
기계적 강도가 향상된 골분화용 탄소기반 지지체
탄소나노튜브나 산화그래핀, 흑연 등이 첨가된 고분자 스펀지 혹은 필름 형태의 지지체는 그 함량을 조절함으로써 인체의 골조직과 유사한 기계적 강도를 갖는 지지체 제작이 가능하며, 이를 이용하여 줄기세포의 골분화 및 손상된 골조직 재생 등에 응용됨.
생체친화성이 높은 그래핀 양자점
수나노미터 이하의 그래핀 양자점은 독성이 거의 없고 생체 내 안정성도 뛰어나, 바이오 영상, 진단, 약물 전달 플랫폼으로 주목 받음. 특히 양친성(소수성+친수성) 특성으로 인체 생체내 비정상 소수성 상호작용으로 인해 발생하는 신경섬유, 콜레스테롤 응집체 등의 형성을 방해하거나 분해하는 특성을 보임.
그래핀의 바이오 응용 배경
BACKGROUND
그래핀의 특성 및 응용분야
흑연 및 산화그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 등의 탄소기반 소재들은 높은 기계적 강도 및 독특한 광학적,
화학적 특성 때문에 오래 전부터 많은 연구가 되어 왔음.
높은 전기전도성 및 열전도성, 높은 기계적 강도와 경도, 우수한 화학 안정성 등 다양한 분야에서 적용 가능한 우수한
물리화학적 특성을 가지고 있기 때문에 21세기 "꿈의 신소재"로서 많은 각광을 받고 있으며 투명전극소재,
봉지막소재, 방열소재, 광학소재, 에너지분야, 초경량소재 등 다양한 물리화학적 응용분야에서 연구가 진행되고 있으며,
생물학적 응용 연구소는 서울 대학교 홍병희 교수가 본격적으로 시작하여, 현재 전세계적으로 상용화를 위한 연구가
활발히 이루어지고 있음.
고분자와의 보합화를 통한 접근
탄소소재물질은 기계적 강도 향상 등을 위해 다른 고분자와의 복합화 방법이 가장 손쉬운 접근 방법으로서
다양한 합성 및 천연고분자와의 복합화가 가능함.
특히 생체친화성이 높은 바이오 셀룰로오스 등과의 복합체의 바이오응용 가능성이 주목받음.
기계적 강도가 향상된 골분화용 탄소기반 지지체
탄소나노튜브나 산화그래핀, 흑연 등이 첨가된 고분자 스펀지 혹은 필름 형태의 지지체는 그 함량을 조절함으로써
인체의 골조직과 유사한 기계적 강도를 갖는 지지체 제작이 가능하며, 이를 이용하여 줄기세포의 골분화 및
손상된 골조직 재생 등에 응용됨.
생체친화성이 높은 그래핀 양자점
수나노미터 이하의 그래핀 양자점은 독성이 거의 없고 생체 내 안정성도 뛰어나, 바이오 영상, 진단,
약물 전달 플랫폼으로 주목 받음. 특히 양친성(소수성+친수성) 특성으로 인체 생체내 비정상 소수성 상호작용으로 인해
발생하는 신경섬유, 콜레스테롤 응집체 등의 형성을 방해하거나 분해하는 특성을 보임.
그래핀의 바이오 응용별 분류
SYSTEM
응용분야
약물,약물전달체,MRI조영제
초미세 필터,컨텍틀렌즈,줄기세포 분화용 필름
제조방식
Top-down 방식
Bottom-up 방식
기술장벽
Micro-scale 낮음
Nano-scale 높음(그래핀양자점)
높음
크기
Micro-scale, Nano-scale
Meter-scale
형태
용액 또는 가루형태
박막 필름형태
응용분야제조방식
약물,약물전달체,
MRI조영제
초미세 필터,컨텍틀렌즈,
줄기세포 분화용 필름
Top-down 방식
Bottom-up 방식
응용분야기술장벽
약물,약물전달체,
MRI조영제
초미세 필터,컨텍틀렌즈,
줄기세포 분화용 필름
Micro-scale 낮음
Nano-scale 높음(그래핀양자점)
높음
응용분야크기
약물,약물전달체,
MRI조영제
초미세 필터,컨텍틀렌즈,
줄기세포 분화용 필름
Micro-scale, Nano-scale
Meter-scale
응용분야형태
약물,약물전달체,
MRI조영제
초미세 필터,컨텍틀렌즈,
줄기세포 분화용 필름
용액 또는 가루형태
박막 필름형태
응용분야경쟁업체
약물,약물전달체,
MRI조영제
초미세 필터,컨텍틀렌즈,
줄기세포 분화용 필름
특허
PATENT
당사는 파킨슨 및 알츠하이머 등 퇴행성 신경질환을 예방 및 치료하는 그래핀양자점(GQDs)의 용도특허를 원천특허로 하여 항염증(크론병),
라이소좀(니막핀병) 등의 용도로 특허를 확장하고 있으며, 물질특허 및 공정특허 등을 출원하여 신약개발에 필요한 특허 포트폴리오를 구축하고 있음.(등록 : 7건, 출원 : 3건)
* 출원일순
구분
출원번호
출원일
발명의 명칭
출원국가 / 상태
권리자
비고
용도
(원천)
퇴행성신경질환
(파킨슨병,
알츠하이머병 등)
10-2015-0047***
2015.04.03
퇴행성 신경 질환의 예방 또는
치료를 위한 그래핀나노구조체 기반
약학적 조성물
한국 (등록)
미국,유럽,일본,중국 (출원)
서울대학교 60%
존스홉킨스 40%
기술이전
용도
항염증
(크론병)
10-2017-01587***
10-2017-0158***
2017.11.24
나노크기의 산화 그래핀을 포함하는
항염증용 조성몰/
그래핀 양자점을 포함하는
항염증용 조성물
한국 (등록)
해외(PTC) (출원)
바이오그래핀 50%
서울대학교 50%
물질
-
10-2018-0079***
2018.07.06
신경단백질의 비정상적 섬유화 또는
응집과 관련된 질환 치료제로서의
그래핀 양자점
한국 (출원)
바이오그래핀 60%
서울대학교 40%
용도
라이소좀질환
(니만피크병)
(비공개)
(2019.01.04)
리소좀 축적 질환의 예방 또는
치료를 위한 약학적 조성물
한국 (출원)
바이오그래핀 50%
서울대학교 50%
물질/용도
MRI조영제
(0-2013-0048***
(2013.04.10)
그래핀 양자점 또는 산화그래핀 양자점을 포함하는 MRI 조영제, 및 그 제조방법
한국 (등록)
바이오그래핀 60%
서울대학교 40%
물질/용도
줄기세포치료
10-2014-0012***
(2014.02.03)
그래핀 파이버를 포함하는 세포 배양용 지지체 및 이를 이용한 줄기세포의 배양 방법
한국 (등록)
바이오그래핀 60%
서울대학교 40%
용도
바이오이미징
10-2014-0158***
(2014.11.14)
전자현미경 이미지의 비파괴적 수득 방법 및 비파괴적 분석 방법
한국 (등록)
바이오그래핀 100%
용도
진단/치료
10-2015-0108***
(2015.07.31)
이식용 그래핀-나노 파이버 지지체 뇌질환 응용기술 및 상기 그래핀 나노 파이버 지지체 추적용 광음향 영상 기술
한국 (등록)
바이오그래핀 100%
물질
박테리아셀룰로오스
10-2016-0050***
(2016.04.25)
3차원 하이브리드 바이오 스캐폴드를 위한 박테리아 셀룰로오스를 가지는 탄소나노튜브의 인시츄 하이브리드화
한국 (등록)
바이오그래핀 60%
서울대학교 40%
구분
용도
퇴행성신경질환(파킨슨병,알츠하이머병 등)
출원번호
10-2015-00475***
출원일
2015.04.03
발명의 명칭
퇴행성 신경 질환의 예방 또는 치료를 위한 그래핀나노구조체 기반 약학적 조성물
출원국가/상태
한국 (등록)
미국,유럽,일본,중국 (출원)
권리자
서울대학교 60%
존스홉킨스 40%
비고
기술이전
구분
용도
항염증(크론병)
출원번호
10-2017-0158***
10-2017-0158***
출원일
2017.11.24
발명의 명칭
나노크기의 산화 그래핀을 포함하는 항염증용 조성몰/
그래핀 양자점을 포함하는 항염증용 조성물
출원국가/상태
한국 (출원)
해외(PTC) (출원)
권리자
바이오그래핀 50%
서울대학교 50%
구분
물질
-
출원번호
10-2018-00790***
출원일
2018.07.06
발명의 명칭
신경단백질의 비정상적 섬유화 또는
응집과 관련된 질환 치료제로서의 그래핀 양자점
출원국가/상태
한국 (출원)
권리자
바이오그래핀 60%
서울대학교 40%
구분
용도
라이소좀(니막판병)
출원번호
(비공개)
출원일
(2019.01.04)
발명의 명칭
리소좀 축적 질환의 예방 또는
치료를 위한 약학적 조성물
출원국가/상태
한국 (출원)
권리자
바이오그래핀 50%
서울대학교 50%