에너지시스템학과

우리 학교 심태섭 교수(에너지시스템학과&화학공학과, 사진)가 참여한 연구팀이 DNA를 이용해 원하는 대로 움직일 수 있는 미세로봇을 개발했다. 관련 내용은 국제 학술지 <네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)> 10월24일자에 게재됐다.

심태섭 교수, 박소정 이화여대 교수를 비롯한 한국 연구팀과 미국 펜실베니아대학 소속 이대연, 존 크로커 교수팀은 공동으로 인공 DNA의 염기서열 정보를 이용해 연성재질 미세로봇을 구동할 수 있는 핵심 기술을 개발했다. 심태섭 교수는 제1저자로 참여했다.

연성재질 미세로봇은 나노입자나 고분자와 같은 유연한 재료로 만든 로봇을 말한다. 체내 혈관과 같이 매우 작고 복잡한 환경에서 동작할 수 있으며, 특정 전기적 신호와 물리적·화학적 자극에 의해 작동한다. 하지만 미세로봇은 복잡한 명령은 수행하기 어렵다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 세계 최초로 DNA의 염기서열 정보를 이용해 움직임을 정교하게 제어할 수 있는 미세로봇을 개발했다.

연구팀은 DNA가 단일가닥일 때와 결합 후 이중나선구조를 가질 때 나타나는 DNA 분자 길이를 주목했다. 분자 길이가 달라지면 결국 물질이 늘어나거나 줄어드는 등의 구조 변화가 일어날 수 있어서다. 연구팀은 염기서열 정보 조작을 통해 제작한 DNA를 금 나노입자에 붙이고 DNA 결합을 통해 DNA-금나노입자 구조체를 제작했다. 해당 구조는 미리 조작된 염기서열 정보를 갖는 단일가닥 DNA를 가지고 있어 해당 정보에 꼭 맞는 염기서열을 갖는 DNA와 결합, 이중나선구조를 형성하도록 했다. 더불어 두 개의 서로 다른 염기서열 정보를 갖는 DNA를 도입해 두 개의 DNA에 의해 원하는 방향으로 제어할 수 있는 미세구조체를 제작했다. 덕분에 말거나 뒤집는 등의 기계적 작동이 가능해진 것.

심태섭 교수는 "0과1의 2진수로 제어하는 컴퓨터와 달리 A와 T,G,C 4진수의 정보를 갖는 DNA를 통해 구동을 제어할 수 있어 보다 다양하고 복잡한 명령을 내릴 수 있다"며 "앞으로 DNA를 통한 제어기술이 더욱 발전한다면 약물 전달이나 혈관 확장 등 복잡하고 까다로운 상황에서도 정교한 구동이 가능한 미세로봇 제작이 가능할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 미국국립과학재단(NSF) 재료연구과학기술센터의 지원을 받아 수행되었다.