종이접기 하듯…접거나 펼칠 수 있는 'DNA 나노기술' 탄생

나노센서·로봇 등 개발에 근간되는 연구, 네이처 표지논문으로 장식

왼쪽부터 이번 연구를 수행한 김도년 서울대 기계공학부 교수, 김명석 미국 UC버클리 전기공학및컴퓨터과학과 박사생, 이찬석 서울대 정밀기계설계공동연구소 박사. / 사진=과학기술정보통신부

국내 연구진이 하나의 구조체를 다양한 모양으로 바꿀 수 있는 'DNA(유전자정보) 나노기술'을 개발하는 데 성공했다. 종이접기처럼 원하는 모양으로 바꿀 수 있는 원리다. 이번 연구는 향후 나노센서·로봇 등 개발에 기여할 수 있을 것으로 보인다.

김도년 서울대 기계공학부 교수 연구팀은 6일 국제학술지 네이처(Nature)에 이같은 연구 논문을 게재했다. 연구 혁신성을 인정받아 표지논문으로 장식됐다.

DNA 나노기술은 원하는 형상과 물성을 가지는 구조체를 나노(10억분의 1) 단위에서 구현하는 기술이다. 그동안 DNA 나노구조체에 기계적 요소를 접목해 다양한 구조체를 개발했지만, 기술적 한계로 단순히 모양을 바꾸는 수준에 불과했다.

종이접기 원리를 착안해 하나의 구조체를 다양한 모양으로 바꿀 수 있는 DNA(유전자정보) 나노기술 원리. / 사진=과학기술정보통신부

이에 연구팀은 종이접기 원리를 착안했다. DNA 배열을 종이처럼 접을 수 있는 2차원 격자 형태 구조로 만들었다. 이 구조에 접힙·펼침이 가능하도록 설계해 다양한 형상 변화를 구현시켰다. 특히 접히는 부분에 기계적 강성을 최적화해 구조적 안정성을 높여 원하는 모양으로 접거나 펼칠 수 있게 됐다.

이번 연구는 분자진단을 위한 나노센서, 약물전달을 위한 나노로봇 등에 적용이 가능할 것으로 기대된다. 연구팀은 해당 구조를 활용해 알츠하이머나 유방암 등의 질병을 감지하는 센서 개발이 가능하다고 전망했다. 마이크로 RNA(리보핵산) 종류에 따라 DNA 배열을 바꿀 수 있도록 설계하면 질병 감지 센서 개발이 가능하다는 설명이다.

김 교수는 "이번 연구는 종이접기 기술을 나노크기에서도 적용할 수 있는 가능성을 보여줘 높은 평가를 받았다"면서도 "추후 3차원 구조체 설계로 기술이 확장된다면, 기존 단일 자극에 대한 제한적 기능을 가지는 나노구조체의 한계를 뛰어넘어 다양한 자극에 반응해 여러 기능을 수행할 수 있는 다기능성 나노구조체 개발에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부의 과학난제도전 융합연구개발사업의 지원으로 수행됐다.

김인한 기자 science.inhan@mt.co.kr