하이드록시아파타이트(HAp)와 Fe3O4 나노입자는 생체적합성, 자기적 특성, 안정성에 기인하여 생의학 및 촉매 응용 분야에서 널리 평가되어 왔다. 그러나 입자 응집과 상 분리로 인해 이를 장기적인 콜로이드 안정성을 갖는 균일한 나노하이브리드로 통합하는 일은 여전히 어렵다. 본 연구에서는 초음파 보조 합성에서 구연산을 다기능 안정화 및 킬레이트화 제로 사용하여 HAp@Fe3O4 나노하이브리드를 제조하였다. 구연산 농도(0.2–0.8 wt%)를 체계적으로 변화시키자 계면 결합, 정전기적 안정화, 분산 제어에서 구연산의 결정적 역할이 확인되었다. 푸리에 변환 적외선 및 라만 분광법으로 구연산 흡착이 C=O 및 카복실레이트의 Ca2+와의 배위 결합( HAp )과 Fe3O4에서 Fe2+/Fe3+와의 배위 결합을 통해 일어남을 확인하였으며, 이와 동반하여 인산염 피크 이동과 Fe–O 밴드의 감쇠가 관찰되었다. 제타전위 및 동적 광산란 분석 결과, 분산 안정성은 농도 의존성이 매우 높음을 보여주었다. 물을 대조군으로 하였을 때는 빠르게 침전된 반면, 0.5% 구연산은 정전기적 반발력(초음파 처리 후 제타전위 −13.1 mV)을 균형 있게 제공하여 응집을 감소시키고 균일한 입자 크기(약 1604 nm)를 달성함으로써 가장 안정적인 콜로이드 시스템을 제공하였다. 0.2% 구연산에서는 안정성이 중간 수준이었으나, 0.8% 구연산에서는 초기에는 분산이 향상되었지만 이후 과도한 이온 상호작용으로 인해 재응집이 유도되었다. X선 회절 분석에서는 구연산 함량이 증가할수록 피크 폭이 점진적으로 넓어지면서도 HAp 및 Fe3O4의 상 유지가 확인되었고, 이는 표면 개질 및 결정립 크기 감소를 시사한다. 주사 전자현미경 이미징은 초음파 공동현상과의 시너지 효과로 인해 구연산이 응집체 크기를 감소시키고 분산을 개선했으며, 특히 0.2–0.5% 구연산에서 그 효과가 두드러짐을 보여주었다. 또한 주사 투과 전자현미경-에너지 분산 X선 분광법은 구연산으로 개질된 하이브리드에서 Fe, Ca, P가 균질하게 분포함을 확인하였는데, 이는 물에서 관찰된 원시(프리스틴) Fe3O4의 강한 클러스터링과 뚜렷한 대조를 이룬다. 본 연구 결과는 구연산이 HAp와 Fe3O4 사이를 연결하는 효과적인 분자 브리지로 작용하여, 합성 후 개질 없이 콜로이드 안정성과 구조적 통합을 향상시킨다는 점을 규명한다. 최적화된 하이브리드는 균일한 분산, 조절 가능한 표면 화학, 유지된 결정성 등 생의학적 사용에 바람직한 특성을 나타내어 자기 과열치료, 약물 전달, 골 조직공학 분야의 향후 응용을 위한 기반을 마련한다.

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