필자는 지난 2022년 2월 미국 샌프란시스코에 위치한 stanford 대학 화학공학과 실험실로 해외단기연수를 다녀온 바 있다. 본 해외단기 연수는 필자가 속해있는 인하대학교 바이오시스템융합학과 기능성바이오소재 실험실과 미국 stanford대학교 화학공학과 고분자 물리연구 실험실 교류의 일환으로 수행되었다.

바이오소재로 이용되는 물질 중 하나인 coacervate는 서로 반대 전하를 가진 고분자가 정전기적 인력으로 화합하여 하나의 고분자를 이루는 현상 (coacervation)의 산물이다. 정전기적 인력의 조절로 최종 산물인 코아세르베이트(이하 coacervate)의 유변학적, 기계적 물성 조절이 가능하다. 물질 사이의 결합 및 분리가 주변 환경조건에 따라 조절될 수 있어 물질의 포집 및 방출이 조절될 수 있는 소재로 활용이 가능하여 바이오의약 분야에서도 중요한 기술로 사용되고 있다.

Coacervate는 이를 이루는 소재들의 응집력이 강할수록 점성 및 점탄성이 높아지기 때문에 유변학적 물성에 대한 연구가 필요하다. 이를 측정하기 위해 사용되는 기기가 점탄성 측정기인 레오미터(이하 rheometer)다. Rheometer는 적용된 힘에 반응하여 유체가 흐르는 방식을 측정하는 기기로 측정 방법과 설정에 따라 점성(viscosity), 점탄성(viscoelasticity) 및 소성(plasticity) 등의 정보를 제공하며, 이로써 중합체 사이의 분자 상호작용 및 네트워크 구조형성에 대한 정보를 알아낼 수 있다 (그림 1).

그림 1. Coacervation 형성 원리 (좌) rheometer 분석 원리 (중간, 우)

본 단기 해외연수에서 필자는 개발 중인 소재의 탄성계수를 분석하는 것을 목표로 하였다. 필자의 연구실에서 다양한coacervate를 제작하고, viscosity (점성) 분석을 통하여 소재의 선정과 비율의 최적 조건을 확립하여 선행연구를 수행한 바 있었다. 물질마다 측정조건에 대한 수치가 달라지기에 최종 소재와 연수에 수행할 분석에 알맞은 측정 조건을 조사하여 정리하였다. 측정에 필요한 조건인 온도, 전단응력

(shear rate)의 범위를 구체적으로 설정하여 실험 방법을 최종적으로 결정하였고, 선행연구와 논문을 통하여 예상되는 결과도 예측하였다. 미국으로 출국하기 전, coacervate 제작에 필요한 실험재료를 미리 준비하고, 최종 실험 방법을 따로 문서화하여 실험에 차질이 없도록 준비하였다.

필자가 미국을 방문하였던 시기는 코로나로 출입국시에 요구되는 서류들이 많은 상황이었다. 미리 관련 서류와 코로나 검사를 위한 대비를 하는 것도 중요한 부분이라 차질 없이 준비하는 것이 필요했다. COVID-19 음성 확인서, 백신접종 확인서, stanford 대학교 초청장을 빠짐없이 준비하여 출국을 하였다. 연구실 안전교육을 온라인으로 수강하기도 하였는데 이는 harassment prevention training, 

general safety, injury prevention (IIPP), and emergency preparedness와 같은 기본적인 안전교육 뿐만 아니라 COVID-19 hygiene practices도 포함되어 있어 현 상황을 반영하는 듯 했다. 연수기간 중에도 매일 코로나 자가진단을 웹에 기재하는 것이 필수적인 부분이기도 하였다.

체류 기간 동안 stanford 대학교 및 연구실 투어, rheometer 기기 조작법 및 소프트웨어 교육, coacervate의 유변학적 특성 측정, 데이터 분석, 랩미팅 참여 및 저녁식사와 같은 일정을 수행하였다. 필자가 연수하게 된 stanford대학교 화학공학과 Danielle Mai 교수님의 실험실은 Shriam center에 위치하고 있었다. Center로비에 도착하니 Danielle Mai 교수님과 연구를 도와주실 Michaele 박사님이 기다리고 계셨다. 서로 소개하고 현재 연구하고 있는 내용을 나누며 ice breaking 시간을 가졌다. 그 후, Michaele 박사님과 미리 준비해간 실험 조건 및 방법에 대하여 토의하여 전반적인 실험 방법을 의논하고 계획을 수립하였다. 모든 이야기가 마무리된 후, 랩투어를 하며 보유하고 있는 기기에 대한 설명과 함께 그 기기를 이용하여 진행하고 있는 연구에 대한 설명을 들으며 내용을 익혔다.

본격적으로 실험과 관련된 일정이 시작되던 날, 오전 일정은 Michaele 박사님으로부터 rheometer 기기 사용 및 유변학의 기본적인 설명을 듣는 것으로 시작되었다. 오후 일정으로는 직접 기기를 사용하는 교육을 진행하였다 (사진1). Rheometer기기의 조건 설정에 대한 방법을 숙지하였고, 데이터를 분석하는 방법을 이해하였다. 다양한 소재의 데이터 기록을 보며 분석법을 확실하게 이해하고자 하였다. 한국에서 준비해간 소재와 버퍼를 이용하여 실험군을 제작하고, 기기에 올바른 방법으로 로딩시켜서 결과를 도출하였다. 측정은 온도에 따른 유변학적 특성을 확인할 수 있는 temperature sweep mode를 이용하였고, viscosity 및 shear stress값을 측정하였다. 

결과를 바탕으로 Michaele 박사님과 토의를 하면서 얻은 결과에 대한 분석 및실험 방법에 대한 계획 수정을 진행하였다.

사진 1. Rheometer 관련 교육 및 실험 과정

사진 2. MaiLAB 연구원들과의 랩미팅 및 저녁식사

연구 외적으로도 몇 가지 활동에참여할 수 있었다. 그 중 하나는 랩미팅에 참여한 것이다. 랩미팅은 여느연구실과 다를 것 없이 비슷하게 진행되었다. 필자가 랩미팅에 참여하였을 시기가 때마침 American Physical Society (APS) 학회를 몇 주 앞둔 시기와 맞물려서 학회 때 발표할 내용을 미리 들을 수 있었다. 또한, 랩미팅이 끝나고 매번 한 가지 주제에 대한 담소 시간을 갖는다고 한다. 마침 동계올림픽 기간이라 올림픽에 대한 이야기를 나눌 수 있었다. 누구 하나 빠지지 않고 모두 적극적으로 의견을 피력하는 자세를 통해 서로에게 강한 시너지 효과를 만들고, 그것이 교수님과 팀원들 사이에 강한 유대관계를 형성시킨다는 느낌을 받을 수 있었다. 필자 또한 그에 동요되어 재미있게 참여할 수 있었다.

마지막 날에는 저녁 식사에 초대를 받아 함께 식사하는 자리를 갖게 되었다. Michaele 박사님과 함께 계속 실험을 하는 일정이었기에 다른 연구실 팀원들과 이야기할 기회가 많이 없었는데, 식사하는 자리가 생겨서 많은 이야기를 할 수 있어서 뜻깊은 시간이었다. 연구에 관련된 이야기로 시작하여 사적인 이야기까지 나누며 더 친해질 수 있었다 (사진2).

실험을 수행하고 분석하는 것 못지않게 느낀 점이 많았던 해외연수였다. Michael 박사님은 타국에서 온 우리에게 실험을 최선을 다해 가르쳐주고, 질문을 하면 오히려 더 열정적으로 알려주셔서 매우 감사한 마음이 들었다. 도움을 주는 것이 많이 번거로운 일일 수 있는데 시간을 할애해 알려주는 Michael 박사님을 보면서 스스로 평소 마음가짐에 대해 반성하는 마음이 들기도 하였다. 또한 각자 연구 분야에 관한 이야기를 나눌 때는, 본인의 실험에 대해 강한 자긍심을 갖는 것이 보여서 실험자로 하여금 큰 동기부여가 되었다.

이번 기회를 통해 외국 실험실 생활을 짧게나마 경험할 수 있어서 너무 알찬 시간이었다. 비단 연구뿐 아니라 연구원으로 가져야 할 태도도 배웠다. 선배 연구자로서 후배 연구자를 대하는 자세에 대해 배우고 생각할 수 있는 시간이었다.

마지막으로 COVID-19으로 인하여 해외에 나가기 힘든 시기에 본 단기 해외 연수 프로그램에 참여할 수 있는 기회를 주신 인하대학교 산학 융합 인터랙티브 바이오 공정혁신 연구단과 양윤정 교수님께 감사를 표하며 BT 참관기를 마무리 지으려한다.