DNA기반 초소형 반도체 핵심원천기술 개발

KAIST 박현규 교수팀 논리게이트 구현 성공 상용화된 반도체 용량보다 100배 정도 커질 듯

초소형 미래 바이오전자기기를 구현하기 위한 핵심기술이 개발됐다.

KAIST 생명화학공학과 박현규 교수 연구팀이 DNA를 이용해 모든 논리 게이트를 구현하는 데 성공, 나노분야의 세계적 학술지 '스몰(Smallㆍ사진)' 7월호 표지논문으로 실렸다고 18일 밝혔다.

현재 최첨단 기술로도 10nm(나노미터) 이하의 실리콘 기반 반도체 제작은 불가능한 것으로 알려졌지만 박 교수팀은 굵기가 2㎚ 정도로 가는 DNA 물질을 이용, 실리콘 기반 반도체보다 집적도를 획기적으로 높일 수 있는 반도체 핵심 원천기술을 개발했다.

이같은 반도체가 개발되면 우표 크기의 메모리 반도체에 고화질 영화 1만 편을 저장하는 등 현재 상용화 중인 반도체보다 약 100배의 용량을 담을 수 있게 된다.

연구팀은 DNA의 특이적 결합 특성과 구조 변화에 따른 형광신호 특성이 있는 고리모양의 분자 비콘을 이용했다.

연구팀은 생체 DNA물질을 디지털 회로에서 사용되는 논리 게이트와 같은 역할을 담당하도록 입력신호로 사용해 고리모양의 DNA가 열리거나 닫히도록 했다.

고리모양 DNA가 열린 형태에서는 형광신호가 증가하고 닫힌 상태에서는 형광 신호가 감소, 이로 인해 발생하는 형광신호의 변화를 출력신호로 사용했다.

박현규 교수는 “하나의 분자 비콘을 모든 게이트 구성을 위한 보편적인 요소로 사용해 저렴하면서도 초고집적 바이오 전자기기의 가능성을 높였다”며 “앞으로 분자 수준의 전자 소자 연구에 큰 변화가 있을 것으로 예상된다”고 말했다.

이번 연구를 주도한 박기수 박사과정 학생(제1저자)은 “DNA는 10개의 염기서열 길이가 3.4nm이고 굵기가 2nm밖에 되지 않는 매우 작은 물질이기 때문에 이를 이용해 전자 소자를 구현하면 획기적인 집적도 향상을 이룰 수 있다”며 “간단한 시스템 디자인을 통해 정확한 논리 게이트를 구현해 내 DNA 반도체를 탑재한 바이오컴퓨터가 곧 현실로 다가올 것”이라고 말했다.

권은남 기자 silver@