연구성과

화공 김동표 교수팀, 삽시간에 고순도 정밀 의약품 대량생산한다

2022-03-29 128

[김동표 교수팀, 금속 3D 프린팅으로 특수 미세반응기 제작]

[“1초 내로 정밀 의약품 합성…10분에 20g 만드는 데 성공”]

영화 ‘찰리와 초콜릿 공장’에서 움파룸파족은 빠른 시간 안에 각종 초콜릿을 대량으로 만들어낸다. 이 움파룸파족처럼 약물을 구성하는 핵심 화합물도 삽시간에 대량생산하는 기술이 나왔다. 이 기술을 이용하면 1초 내로 고순도의 정밀 의약품을 만들 수 있을뿐더러, 여러 개의 의약품을 한 번에 만들 수도 있다.

화학공학과 김동표 교수·통합과정 강지호 씨·안광노 박사 연구팀은 홍콩대학교 기계공학과 김지태 교수와 공동으로 고순도 정밀 의약품을 대량생산할 수 있는 미세반응기를 개발했다. 이 연구성과는 국제 학술지 ‘ACS 센트럴 사이언스(ACS Central Science)’에 최근 게재됐다.

대체로 화학반응 중간체*1는 매우 불안정해 순식간에 분해 혹은 구조 변화돼 전통적인 합성 방법으로는 직접 활용할 수 없다. 반면, 연속해서 흐르면서 반응을 일으키는 미세반응기는 반응 중간체를 눈 깜짝할 사이에 원하는 고순도 화합물로 변환시킬 수 있음이 알려져 있었다. 그러나 미세반응기는 생산성이 매우 낮아 연구용으로 주로 사용됐고, 제약과 정밀화합용 산업생산에는 적용되지 못했다.

연구팀은 금속 3D 프린팅 기술과 CAD(computer-aided design, 전산 설계) 기술을 융합해 미세반응기를 고층 아파트와 같이 층층이 여러 겹으로 쌓아 올림으로써 대량생산용 미세반응 시스템을 제작했다. 특히 16개의 미세반응기를 머그컵 크기의 일체형 반응기로 제작 조립함으로써 생산량이 대폭 증가된 고순도 화합물을 순식간에 만들 수 있게 했다.


이 기술을 이용하면 신형 반응기로는 10분에 최대 20그램(g)의 원료 의약품을 생산할 수 있고, 시장 수요와 주문에 따라 필요한 원료 의약품이나 기능성 화합물을 수십 킬로그램(kg) 규모로 빠르게 생산·공급할 수도 있다. 또, 3D 프린팅 기술을 활용해 전통 제약생산 플랜트에 비해 신속하고 저렴한 비용으로 GMP (Good Manufacturing Practice, 우수 의약품 제조·관리 기준) 규격에 맞는 이동형 미니 화학공장을 손쉽게 지을 수 있을 것으로 기대된다.

김동표 교수는 “고순도 정밀 의약품을 대량생산할 수 있는 소형 반응 시스템은 앞으로 화장품, 정밀화학 산업 분야에서 소량 다품종의 고기능성 물질 생산에 확장 적용할 수 있다”고 말했다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 기초연구사업(리더연구자지원사업 창의연구)의 지원을 받아 이뤄졌다.


1. 화학반응 중간체
화학합성 과정에서 만들어지는 중간물질로, 아주 짧은 시간 동안 살아있다가 없어진다는 특징이 있다.