4진수 DNA로 로봇에 정교함 더한다

[산업일보]
단순히 접거나 펴기만 가능했던 기존 기술의 한계를 뛰어 넘어 자유자재로 형태를 변형시킬 수 있고, 원하는 형태로 구동할 수 있는 부드러운 재질의 미세로봇 구동기술이 개발됐다.

한국연구재단은 박소정 교수·이대연 교수·존 크로커 교수(이상 미국 펜실베이니아대) 한·미 공동연구팀이 인공 DNA의 염기서열 정보 등을 이용해 연성재질 미세로봇을 구동할 수 있는 핵심기술을 최초로 개발했다고 밝혔다.

연성재질 미세로봇은 기존의 로봇과 달리 고분자나 나노입자와 같은 유연한 재료로 이루어져 특정 물리적 혹은 화학적 신호에 의해 작동되는 초소형 로봇이다.

연성재질 미세로봇은 전기적 신호뿐만 아니라 다양한 물리적, 화학적 자극에 의해 구동할 수 있는 새로운 개념의 구조제어기술이다. 연구팀은 기존에 미세로봇을 제어하던 온도, 빛 등의 자극과 달리 DNA가 갖는 염기서열 정보를 이용해 원하는 형태로, 원하는 정보를 입력하고, 복잡하고 다양한 형상을 만들 수 있으며, 정교하게 명령을 내릴 수 있는 미세로봇 구동 기술을 개발해 세계 최초로 보고했다.

연구팀이 주목한 것은 DNA가 단일가닥일 때와 결합 후 이중나선구조를 가질 때 나타나는 DNA 분자 길이다. 왜냐하면 분자길이가 달라지면 결국 물질이 늘어나거나 줄어드는 등 구조변화가 일어날 수 있기 때문이다.

연구팀은 염기서열 정보조작을 통해 제작한 DNA를 금나노입자에 붙이고 DNA 결합을 통해 DNA-금나노입자 구조체를 제작했다. 해당 구조는 미리 조작된 염기서열 정보를 갖는 단일가닥 DNA를 가지고 있어서 해당 정보에 꼭 맞는 염기서열을 갖는 DNA와 결합해 이중나선구조를 형성하도록 했다.

또한 두 개의 서로 다른 염기서열 정보를 갖는 DNA를 도입해 두 개의 DNA에 의해 원하는 방향으로 제어할 수 있는 미세구조체를 제작했다. 그 결과, 말거나 뒤집는 등의 기계적 작동이 가능했다.

박소정 교수는 “이 연구 성과는 DNA의 염기서열 조작과 반응을 통해 다양한 방식으로 움직이는 나노구조체를 최초로 구현했다. 정해진 자극에 따라 복잡한 움직임을 수행할 수 있는 로봇과 같은 나노구조체 제작의 가능성을 열었다”라고 연구의 의의를 설명했다.

심태섭 교수는 “이 연구성과는 0과 1의 2진수로 제어하는 컴퓨터와 달리 A와 T, G, C 등 4진수의 정보를 갖는 DNA를 통해 구동을 제어함으로써 보다 다양하고 복잡한 명령을 내릴 수 있다. 향후 DNA를 통한 제어기술이 더욱 발전된다면 약물 전달, 혈관 확장 등 복잡하고 까다로운 상황에서도 정교한 구동이 가능한 미세로봇의 제작이 가능해 더욱 다양한 역할 수행이 가능할 것으로 기대된다”라고 설명했다.

이 연구성과는 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 미국국립과학재단(NSF) 재료연구과학기술센터의 지원으로 연구를 수행했으며, 나노기술분야 세계 최고 권위의 학술지인 네이처 나노테크놀로지 (Nature Nanotechnology)에 게재됐다.