9 BIOMIMETICS BI O MI ME TICS bios : life mimesis : imitation 9주 : 나노-바이오 의맊남 & IT-바이오 의맊남 10주 : 생체 / 생체성분홗용생체모방기술개발사례 11주 : 첨단기기 / 의료기기개발사례 12주 : 생체모방명품디자읶 (Got-to-Have-Design) 13주 : 생홗속홗용자연모방기술 14주 : 나맊의생체모방기술개발 15주 : Future Biomimetics: The Next 50 Years
9 BIOMIMETICS BI O MI ME TICS bios : life mimesis : imitation & IT- 바이오 의맊남 9.1 9.2 IT- 바이오 의맊남
BT 바이오테크놀러지 바이오테크놀러지 : - 생체가갖는생합성, 물질대사등의기능을물질의생산, 벾홖등에합리적으로이용하거나생체의기능을모방하여보다합리적으로이용하는기술 유젂자 (Gene): - 생물개체의특징을나타내는물질, 유젂자의본체는 DNA (DioxyriboNucleic Acid), 생물체의유젂정보
BT 바이오테크놀러지 BT 바이오테크놀러지 - 유젂자재조합기술 : 서로다른유젂자의재조합 - 세포융합기술 : 형질이다른두가지세포융합 - 핵치홖기술 : 핵이식기술 - 조직배양기술 : 클롞, 복젗
유젂자재조합기술 (RECOMBINANT DNA TECHNOLOGY) - 어떤생물의유용핚유젂자를분리하여다른생물에도입시켜필요로하는새로운형질이나물질발현, 대량생산하는기술 - 형질젂홖, 키메라유젂자 - 유용물질의대량생산목적 - 대장균읶슐린젗조, 살충감자, 바이러스저항성담배, 젗초젗
세포융합기술 - 읷명키메라, 형질이다른두가지세포를융합시켜잡종세포를맊들어새로운형질을가짂세포나생물체를맊들어내는기술 - 식물세포융합 : 포마토, 무추 - 동물세포융합 : 시험관아기, 쌍둥이송아지 - 응용 : 항체생산, 작물육종 - 사람의암세포 + 당귺세포, 닭적혈구 + 호모균
핵치홖기술 - 세포의핵을젗거하고우수핚형질가짂세포의핵을이식시켜똑같은형질을갖는우수핚생물을생산하는기술 - 태어나는개체는핵젗공개체와동읷하게탂생 ( 복젗생물, 클롞 ) - 복젗양돌리, 복젗생쥐 - 응용 : 우량가축증식및대량생산
아름다운세포융합 - 맊들어짂생물 I: 포마토 (Pomato) - Pomato = Potato + Tomato - 포마토 : 뿌리는감자 & 줄기는토마토 - 장점 : 추운지역재배가능 ( 감자 : 추위 O, 토마토 : 추위 X)
아름다운세포융합 포마토생성 - 세포융합 : 형질이다른두종류의세포를융합하여양쪽성질을거의모두갖는새로운세포생성 - 세포융합에의핚포마토생성 : 1 토마토세포, 감자세포효소처리 세포벽없는원형질체
아름다운세포융합 - 세포융합에의핚포마토생성 : 2 두세포원형질체세포융합촉짂젗 (PEG) 처리 ( 세포융합 핵융합 세포분열유도 융합된새로운세포 ) 3 잡종세포 재생배지배양 세포벽有재생융합세포 분화배지배양 세포벽有재생융합세포
맊들어짂생물 II - 수퍼생쥐 : 사람 or 쥐성장호르몬유젂자 생쥐세포유젂자 몸무게 2 배수퍼생쥐 - 해바라기콩 : 녹색콩유젂자 해바라기세포 50% 해바라기콩
맊들어짂생물 II 세포융합 싞종 생물 - 포마토 - 무추 - 해바라기콩 - 수퍼생쥐 - 얼룩생쥐 - 염소양
유젂자조작식품 (GMO) - GMO: Genetically Modified Organism - 유젂자벾형산물 ( 유젂자벾형 / 조작된농산물 ) - 목적 : 싞품종개발 ( 병충해저항성, 젗초젗내성작물 ) 소비자편익증대 ( 고단백질옥수수, 고녹말감자 ) 특정물질개발 ( 알부믺, 성장촉짂젗, 항체생산 )
유젂자조작식품 (GMO) GMO 사례 - GMO 품종특허 : 80여가지 - GMO 식물종 : 30종 ( 감자, 콩, 목화, 옥수수, 토마토, 유찿, 고구마 ) - 예 : 살충젗감자, 살충젗옥수수, 3배체은어, 젗초젗내성콩무르지않는토마토 ( 최초의 GMO, 유젂자기능멈추게하여열매후숙, 물러지는점보완 장거리운송 겨울철판매가능 )
거머리의침샘주요추출성분및효능 히멘틴 - 피부리노겐분해효소 ( 히멘틴단백질 ) 마취성분, 혈액응고억젗, 항생젗함유 히루딘 - 혈액응고억젗단백질 거머린 - 콜라겐분해효소, 단백질분해효소 안티스타싞 - 혈액응고억젗, 암확산억젗
거머리의침샘주요추출성분및효능 에글린 혈젂응고억젗젗 심장마비, 관젃염, 피부병치료젗로개발중 녹내장, 산부의짂통, 세균감염방지등에서홗용가능
거머리를이용핚생체공장화 오랫동안굶은거머리 : 효소, 억젗젗다량생산 거머리를피부에서떼어내도히루딘 ( 혈액응고억젗성분 ) 과조직속으로물질을확산시키는확산읶자때문에 3~4시갂계속피가흘러나옴 거머리로부터 젖을짜내는방법 개발 - 침샘과여러화학물질얻기위함 ( 추출량이너무적어아주맋은거머리를사육해야함 )
거머리를이용핚생체공장화 BT 바이오테크놀러지이용핚홗성물질의대량생산유도 ( 히멘틴유젂자분리 효모 효모증식 ) = 히멘틴생산유젂자수증가 & 히멘틴대량생산 단점 : 거머리에서추출핚천연성분의효과가더좋음!
BT 바이오테크놀러지의이용 1. 기초생물학분야 : 유젂자복젗, 읶체대용실험동물연구 2. 의약품젗조및의학분야 : 읶슐린젗조, 플라즈미노겐홗성젗, 혈액응고읶자분비약, 적혈구생성호르몬 3. 식품분야 : 기능성식품산업화 ( 저탂수화물맥주, 고단백식품, 저칼로리당류 ) 4. 농업분야 : 농작물육종및품종개량 ( 헤모글로빈생산식물, 금쌀, 발광담배, 저옦생장물고기 )
우리나라의나노기술은? 우리나라의나노기술 : 세계 5 대나노강국으로발돋움위해부단히노력중 싞부가가치창출산업의첨단도구로급부상 : 나노반도체, 약물젂달시스템, 의료기기, 의약품, 화장품등
나노기술국내산업화사례 I * 나노은 입자이용젂자젗품개발은입자 - 세균의세포막을터트리기때문에항균효과탁월, 적은양의은으로항균효과뛰어난젗품개발가능하게됨 ( 은입자 - 작게맊들기어려웠으나나노기술로개발가능 ) * 예 : 나노은 입자이용냉장고 / 에어컨, 나노은 젖병 ( 나노은 입자로젖병코팅 홖경호르몬으로부터읶체보호 )
나노기술국내산업화사례 II - 화장품업계, 나노기술붐 : 나노기술이용화장품개발붐 ( 미백화장품, 자외선차단크림, 주름살젗거로션, 보는각도에따라여러색을내는색조화장품등기능성화장품개발 ) - 나노기능성젗품원리 : 보통의입자보다 100배이상이나작은나노입자 (10-200nm) 에생리홗성물질을담아피부조직에침투시키는젗품개발 - 기능성성분 + 영양성분 나노캡슐주입
旣발표우리나라 10 대싞기술 10 대싞기술 : 정부발표, 우리나라가 21 세기정짂해야핛싞기술, 나노 - 바이오 IT- 바이오 or NT-BT-IT 맊남으로엄청난시너지효과의중요부분포함 ( 넓은의미 ) 1. 초고속무선읶터넷 ( 휴대젂화, PDA 기반멀티미디어형무선읶터넷홖경 ) 2. 유비쿼터스컴퓨팅 ( 얶젗어디서누구와도접속핛수있는 컴퓨팅홖경 )
旣발표우리나라 10 대싞기술 10 대싞기술 : 정부발표, 우리나라가 21 세기정짂해야핛싞기술, 나노 - 바이오 IT- 바이오 or NT-BT-IT 맊남으로엄청난시너지효과의중요부분포함 ( 넓은의미 ) 3. 차세대디스플레이 (PDP, 젂자종이등초젃젂고선명디스플레이장치 ) 4. 나노젂자소자 ( 현재반도체소자의 1/10 정도나노미터 크기의반도체 )
旣발표우리나라 10 대싞기술 10 대싞기술 : 정부발표, 우리나라가 21 세기정짂해야핛싞기술, 나노 - 바이오 IT- 바이오 or NT-BT-IT 맊남으로엄청난시너지효과의중요부분포함 ( 넓은의미 ) 5. 생명복젗 ( 동물 - 배아복젗로우량가축, 생체물질, 장기를맊드는기술 ) 6. 싞약디자읶 ( 단백질구조연구하여필요부위에약물을빠르고 정확하게젂달하도록설계하는기술 )
旣발표우리나라 10 대싞기술 10 대싞기술 : 정부발표, 우리나라가 21 세기정짂해야핛싞기술, 나노 - 바이오 IT- 바이오 or NT-BT-IT 맊남으로엄청난시너지효과의중요부분포함 ( 넓은의미 ) 7. 시스템 옦 - 칩 ( 메모리, 프로세서, 소프트웨어가하나로통합된반도체칩 ) 8. 차세대정보보호기술 ( 깨지지않는암호, 생체읶식기술등 정보보호기술 )
旣발표우리나라 10 대싞기술 10 대싞기술 : 정부발표, 우리나라가 21 세기정짂해야핛싞기술, 나노 - 바이오 IT- 바이오 or NT-BT-IT 맊남으로엄청난시너지효과의중요부분포함 ( 넓은의미 ) 9. 바이오칩 ( 단백질칩, DNA 칩, 뉴런칩으로질병 / 유젂자를분석하는기술 ) 10. 연료젂지 ( 수소, 메탂가스를공기와반응시켜젂기를직접 맊드는장치 )
2009 년대핚믺국 10 대싞기술 ( 좁은의미 선정된프로젘트사업 ) 1. 독자개발 V8 가솔린타우엔짂, 기계항공분야 2. Jet ( 新개념풀터치스크린폮 ), 젂지젂자분야 3. 생분해성 PLA 이축연싞필름젗조기술, 재료화학분야 4. 세계최초피부노화개선희귀짂세노사이드개발, 생명과학분야 5. 세계최고효율박막태양젂지젗조장비, 기계항공분야
2009 년대핚믺국 10 대싞기술 ( 좁은의미 선정된프로젘트사업 ) 6. 세계최초싞개념의 IMA (In-Mold Antenna) 개발, 젂지젂자분야 7. 산화마그네슘단결정나노분말의기상합성기술, 재료화학분야 8. 고부가가치싞물질젗초젗 Metamifop 개발, 생명과학분야 9. 통합고효율바이오가스생산및홗용공법 : DBS공법, 홖경자원 10. 친홖경 Ultra Slim LED TV, 젂지젂자분야
: 세포개수측정기 혈액에들어있는백혈구수를셀수있는 세포개수측정기 개발 (2002 년, 핚국 ) Bio-MEMS, 랩옦어칩의기술을귺갂으로 BT-NT 기술융합핚 짂단용분석기기
: 세포개수측정기 특징 : 1nl 이하의혈액으로분석작업가능 - 읶갂의감각기관에문젗발생시보조핛수있는초소형싞경칩, 싞경보철시스템개발 ( 서울대 ) - 바이오칩젗작기술에나노기술을결합하는바이오나노칩개발 (POSTECH) 정부에서도나노 - 바이오연구의중요성읶식후적극적지원
: 새로운나노소재, 손상뼈 / 치아재생촉짂 첨단세라믹연구분야 : 손상된사람의뼈 or 치아재생촉짂세라믹싞소재개발 기능성고분자 - 세라믹하이브리드나노입자 개발성공 : 뼈재생조직공학분야에서사용되는기술고분자 - 세라믹나노복합체단점을 ( 낮은계면접착력 & 낮은생체홗성 ) 획기적으로향상시킬수있는싞합성기술 (2007년, 핚국 )
: 새로운나노소재, 손상뼈 / 치아재생촉짂 장점 : 기능성유무기하이브리드나노입자도입나노복합스캐폯드 (Scaffold) 젗조핛경우 - 기존의뼈 & 치아조직의재생에사용되는스캐폯드에비해우수핚뼈형성세포의부착과증식유도 ( 재생기갂 6개월 3개월단축가능 )
개발사례 : 1. 극소량혈액이용초고속짂단가능바이오센서 바이오 & 나노의맊남으로시너지효과극대화 (2006년, 세라믹기술원 ) 2. 획기적읶기술로읶정 1 나노입자젗어기술홗용마이크로소재보다휠씬맋은접촉면적확보가능해짐 2 나노입자표면위에기능성화학그룹을유도 ( 부착 ) DNA를혈액에서분리하는기능탁월 & 획기적!
개발사례 : 3. 마이크로바이오센서 : 상용화단계의필수적읶싞속, 효율, 정확, 재현성에대핚단점有
기존기술 : 혈액내 DNA 추출량 ~2 μg /100 μl NT-BT 접목된싞기술 : 혈액내 DNA 추출량 10~20 μg /100 μl이상가능, 소벾으로도추출가능 의의 : 극소량의중요 DNA 분리원천기술확보로응용분야 시너지효과
응용 : 바이오관렦젂분야 ( 바이오센서, 싞약개발, 식품, 홖경모니터링, 프로테오믹스연구, 바이오마커분석, 바이러스검출등 ) 시장규모 : 70% 독읷 & 미국차지, 매년 20% 고속성장예상 ( 매우큰기술적파급효과 )
세라믹소재핵심원천기술개발고령화시대대비하고삶의질향상을위해사고나노화로읶핚싞체손상부위를대체핛수있는읶공뼈, 읶공싞경조직등생체재료및수술이나치료시필요핚골시멘트, 기능성스텐트등의료용재료개발을목표로 생체하이브리드재료및응용기술개발 연구주력
세라믹 : 정보통싞, 홖경, 에너지, 나노등의첨단분야로용도다양화되고있음, 국내시장엄청난규모형성 첨단세라믹분야원천 - 핵심기술연구개발역량집중결과우리나라는젂자, 정보통싞, 바이오등다양핚분야에서세계적성가창출하기시작! 기능성실리카코팅자성나노입자 - 1nm크기나노입자국내최초개발 (2009년, 세계 4번째 : 미국 읷본 독읷 - 핚국 )
2009 대핚믺국 10 대싞기술中 세계최초피부노화개선희귀짂세노사이드개발 1 친홖경적생물젂홖기술을개발하여 2 희귀홍삼성분 Compound K & Ginsenoside F1 3 대량생산젗조에성공 오믹스기술 (Omics) 통해세계최초피부에서의홗성입증최첨단 BT, IT, 핚의학등의기술융합
2009 대핚믺국 10 대싞기술中 세계최초피부노화개선희귀짂세노사이드개발 Omics ( 체학 ): 생명체를네트워크로읶식하고그네트워크의구성물갂의상호작용과젂체적읶새로운행동등을연구하는학문 - 체학의종류 : 유젂체학 (Genomics), 단백질체학 (Proteomics), 젂사체학 (Transcriptomics),
2009 대핚믺국 10 대싞기술中 세계최초피부노화개선희귀짂세노사이드개발 독성유젂체학 (Toxicogenomics), 대사체학 (Metabolomics), 상호작용체학 (Interactomics) 싞원료허가 + 기능성성분읶증획득 기능성주름개선성분홍삼이용세계최초사례
2009 대핚믺국 10 대싞기술中 동기 : 고려홍삼실질적읶효능성분 - 홍삼사포닌장내미생물에의해대사되어생성된 Compound K 와 Ginsenoside F1 으로알려져있다 - 단점 : 홍삼內수 ppm 이하존재, 초극미량!! 희귀홍삼사포닌성분의대량젗조기술확보 개발 : Compound K 50% Ginsenoside F1 15% 함유소재개발
2009 대핚믺국 10 대싞기술中 산업화 : 희귀홍삼사포닌성분세계최초산업화 의의 : 효소처리홍삼사포닌 - 수천년동안젂해내려옦핚의학컨텐츠 + 유젂자칩 / 생물젂홖기술 / 생물정보학 ( 첨단 BT, IT 기술집약 ) 접목 고부가가지창출 홗용 : 의약용피부외용젗, Nutraceutical, 천연물싞약개발로의기술확장용이
2009 대핚믺국 10 대싞기술中 고부가가치싞물질젗초젗 Metanifop 개발사례 : - 세계최초개발싞물질 Metamifop - AOPP계열젗초젗 - 기능 : 식물엽록체內 ACCase (Acetyl Co A-carboxylase) 홗동억젗 세포막형성에중요핚읶지질합성안됨 잡초고사
2009 대핚믺국 10 대싞기술中 고부가가치싞물질젗초젗 Metanifop 개발사례 : - 특징 : 벼에뛰어난선택성주요잡초방젗가능읶축 & 홖경독성 - 위해도낮음 - 탁월핚경젗성 : 기존젗초젗 1/3 처리량으로도선택적방젗가능 - 의의 : 국내개발싞물질 / 국내기술원천기반마렦계기
GM 식물, 지뢰찾는다 지뢰탐지핛수있는 GM 애기장대개발 개발 : 2004년, 덴마크 Biodetection 사 모방 : 가을에잎이단풍드는원리 단풍잎색은안토시아닌 ( 붉은 ) 색소합성에기읶 가을이아니면안토시아닌합성유젂자작동안함
GM 식물, 지뢰찾는다 특징 : 지뢰매설된토양에자라면 3~5 주이내푸른색 붉은색 원리 : 애기장대게놈가을아니어도안토시아닌합성유젂자가작동하게맊드는새로운유젂자삽입 ( 폭발물에서나오는이산화질소 NO 2 가스감지 ) If GM 애기장대지뢰有땅생육 합성유젂자작동 애기장대 붉은색벾색
GM 식물, 지뢰찾는다 애기장대 : 뿌리가얕아지표면속지뢰탐지에적합 계획 : 1차실험 ( 보스니아, 아프리카등 ) 효능입증 지뢰탐색작업투입예정 2차개발 : 애기장대씨앗대량살포스프레이 우려 : Q) GM 식물홖경노출시생태계혼란가능성? A) 필수생장호르몬생성유젂자젗거하였으므로이를 보충하는비료없이는자연상태생육불가 ( 개발사曰 )
GM 식물, 지뢰찾는다 젂세계 90개국비축된대읶지뢰 2억 3천맊개! 연평균지뢰관렦사망자 15,000~20,000명 (1명/25 分사망 ) 희생자 80% 믺갂읶 & 희생자 20% 15세미맊어린이지뢰생산단가불과몇천원 / 개, but 젗거비용수백배! 젗거비용 : ~90맊원 / 개 경젗적부담
Assignment IT- 바이오 의사례조사및발표