생명체로부터 신기술 만들어낸다

생명체로부터 신기술 만들어낸다

KAIST 바이오시스템학과 ‘디지털나노구동연구단’

  • 승인 2006-10-09 00:00
  • 정문영 기자정문영 기자
▲ 디지털나노구동연구단의 연구모습.
▲ 디지털나노구동연구단의 연구모습.
과기부 연구사업 선정, 6년간 나노구동기관구동 매진
생체모사 나노기술분야 개척, ‘근육칩’ 등 개발 성과


생체모사 (生體模寫, Bio-inspired), 이 용어는 ‘생명체의 구조와 원리를 모방한다’는 뜻을 담고 있다.

언뜻 의료기술 용어, 그 중에서도 한의학이나 생명공학분야에서 사용되고 있는 용어로 생각할 수 있을 것이다.

이 생체모사 기법을 응용해 기술적 돌파구를 찾는 이공계 대학이 있다.

바로 대덕특구 내에 있는 한국과학기술원(KAIST)이다.

KAIST 바이오시스템학과는 지난 2000년 과학기술부 창의적연구진흥사업 디지털나노구동연구단(단장 조영호 교수)으로 선정돼 6년여 동안 ‘생체모사 기법을 응용한 디지털 나노구동기관 구현에 관한 연구’, 다시 말해 나노미터크기의 정밀한 운동을 만들어 내는 연구를 해오고 있다.

조영호 교수가 이끄는 연구단은 나노구동과 같은 생체 움직임의 구조와 원리를 모방해 초소형 구동기관 개발에 주력했다. 하지만 외부환경에 민감한 관계로 벽에 부딪혀야만 했다.

가공공정의 오차와 잡음의 한계를 극복하는 방법을 고민하던 조 교수는 단백질 및 세포 등 아주 작은 생체의 구조와 동작 원리를 공학적으로 분석하고 모방하는 방법을 모색하게 됐다.

근육 같은 단백질은 미세한 움직임을 바탕으로 전체가 정교하게 움직이기 때문이다. 생명체의 움직임은 아날로그(Analog)처럼 보이지만 그 속에는 수많은 디지털(digital) 신호가 이뤄지고 있다는 사실에 착안한 것이다.



조 교수는 인간의 손을 예로 들어 “단순히 물건을 들었다 놓았다하는 모습이 아날로그적으로 보이지만 근육 속에서는 액틴(actin)과 미오신(myosin)이라는 기본근육섬유의 움직임들이 모여 근육과 골격을 움직이는데 이것은 결국 디지털”이라고 설명했다.

이를 통해 그는 효율적으로 잡음 처리를 위해서는 디지털로 바꿔야 한다는 사실을 반증한 것이다.
디지털나노구동연구단에서는 생체조직의 구조와 동작원리를 공학적으로 모사해 비전기적 나노정보를 고정도로 제어 처리 분석할 수 있는 새로운 개념의 디지털 나노 구동기를 개발하고 차세대 응용 신제품 창출을 위한 연구 활동을 펼치고 있다.

생체모사 기법을 응용한 공학적 기술한계 극복과 기술돌파구 마련과 생체 구동 및 감지 조직의 구조와 원리에 관한 과학적 이해와 공학적 모델 수립, BT에 근거한 IT용 NT소자개발에 관한 새로운 BINT 융합분야 개척 등을 전개하고 있다.

그동안 연구단의 연구 성과 또한 다양하다.
디지털나노구동연구단은 근육을 모방한 ‘근육 칩’ 개발을 비롯해 생체모사 디지털 분사기(고속 및 고해상도 디지털 잉크젯 프린트헤드) 개발, 생체모사 디지털 세포계수기 및 농도 분석기 등이 있다.

근육을 모방한 나노 구동기(근육 칩)는 생체 근육이 전기적 신호에 따라 움직이는 것처럼 정전기를 이용해 동작하는 원리이며, 광 신호를 파장에 따라 분리하거나 원자 단위로 정보를 저장하고 유전자를 조작하는 데 사용할 수 있다.



극미세 잉크분사기는 잉크젯 프린터의 해상도를 높게 유지하면서 고속으로 인쇄할 수 있는 장치다.

이 장치는 잉크를 내뿜는 노즐 구멍 하나에서 크기가 수조분의 1에서 수십조분의 1ℓ까지 서로 다른 잉크 방울을 분사할 수 있는 장치이며, 고해상도를 유지하면서 인쇄 속도를 빠르게 할 수 있는 특징을 갖고 있다.

이 기술은 ‘어떤 무게의 물체를 들 때 몇 개의 근육 단위가 사용되는가 하는 상황’을 모방해 나온 성과물이라고 연구단 측은 설명했다.

극미세 세포 계수기는 지름 10㎛(마이크로미터)인 통로를 통해 쉽게 세포나 혈구의 수를 셈으로써 농도를 정확히 파악할 수 있는 장비다. 이 계수기는 혈액을 혈장과 혈구를 나누고 다시 혈구 중에서 적혈구와 백혈구로 분리한 뒤 계수기로 각각의 수를 셈으로써 질병의 유무를 판단할 수 있는 것이다.

연구단의 연구개발은 여기서 그치지 않는다.
최근 연구단은 연구단의 대표적인 연구 성과물인 나노 구동기를 이용해 단백질의 크기와 성질 등 ‘단백질성분분석’을 완료했다. 지금까지는 생물화학적으로 단백질의 크기 측정을 하지 못했지만 단백질의 기계적 성질을 이용해 단백질의 크기와 농도를 동시에 측정한 것이다.

칩 하나를 이용해 분석한 것으로 단백질의 기계적 특성분석은 ‘세계 최초’라는 게 연구단의 설명이다. 또한 연구단에서는 현재 나노 배터리(Battery)에 대한 연구가 한창이다.

디지털나노구동연구단은 관련 연구결과를 국내외 학술지에 41편의 논문으로 게재했으며, 관련 특허는 국내 13건, 국외 1건 등 모두 14건에 대한 등록을 마쳤고 국내 26건, 국외 3건 등 모두 29건은 출원 중에 있다.

현재 연구단에서는 박사급 연구원 2명, 석사급 연구원 10명 등 12명이 미래 산업을 바꿀 초소형 장치를 개발하기 위해 매진하고 있다.

KAIST 디지털나노구동연구단 조영호 교수는 “태양열, 풍력, 연료전지 등이 이미 개발돼 있지만 비용부담이 매우 큰 상황”이라며 “아주 작은 생명체의 구조와 동작 원리에 대한 지식을 바탕으로 새로운 개념의 극미세 구동소자를 개발하는데 최선을 다할 것”이라고 말했다.
▲ 생체 근육과 실리콘 나노근육칩의 비교
▲ 생체 근육과 실리콘 나노근육칩의 비교
▲ KAIST 바이오시스템학과 디지털나노구동연구단 조영호교수(앞줄 왼쪽에서 네번째)와 팀원들.
▲ KAIST 바이오시스템학과 디지털나노구동연구단 조영호교수(앞줄 왼쪽에서 네번째)와 팀원들.

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. "행정수도 완성 우리가"… 세종시장 與 '탈환' vs 野 '수성'
  2. 천안법원, 영업신고 않고 붕어빵 판매한 60대 여성 벌금형
  3. 나사렛대, 방학에도 '책 읽는 캠퍼스'…독서인증제 장학금·인증서 수여
  4. '4년제 대학 취업률 1위' 한기대, 2025학년도 학위수여식 개최
  5. 천안시, '지속가능한 도시' 박차…지속가능발전협 제23차 총회
  1. 천안청수도서관, '천천히 쓰는 시간, 필사' 운영
  2. 아산시, 온양온천시장 복합지원센터 1층 상가 관리 위탁 행정절차 준비 완료
  3. 천안시농업기술센터, 농뜨레 목요장터 참여 아파트 모집
  4. 천안법원, 모의총포 제작 및 판매 혐의 20대 남성 집행유예
  5. 천안성거도서관, 12월까지 '월간 그림책' 운영

헤드라인 뉴스


[지선 D-100] 충청 명운 달린 6·3 지방선거… 100일간 열전 돌입

[지선 D-100] 충청 명운 달린 6·3 지방선거… 100일간 열전 돌입

충청의 명운이 달린 6·3 지방선거가 23일부터 100일간의 열전에 돌입한다. 이번 지선은 이재명 정부 출범 후 치러지는 첫 전국 단위 선거로서, 향후 국정 방향과 정치 지형을 결정할 중대 변곡점이 될 전망이다. 특히 전통적 스윙보터 지역인 충청으로선 대전·충남 행정통합이라는 메가톤급 이슈를 타고 여야 최대격전지로 부상하며 '금강벨트'에 관심이 집중되고 있다. 6월 3일 열리는 제9회 전국동시지방선거가 23일로 100일 앞으로 다가왔다. 이번 지선은 2025년 6월 이재명 정부 출범 후 처음 치르는 전국 단위 선거다. 자연히 이재명..

6·3 지선 판세 뒤흔들 대전충남 행정통합 슈퍼위크 열린다
6·3 지선 판세 뒤흔들 대전충남 행정통합 슈퍼위크 열린다

충청권 명운과 6·3 지방선거 판세를 뒤흔들 대전 충남 행정통합 관련한 슈퍼위크가 열린다. 집권여당 더불어민주당이 24일 국회 본회의를 열고 대전충남 통합법 등을 처리를 예고한 가운데 제1야당 국민의힘은 합법적 의사진행 방해수단인 필리버스터(무제한토론)로 총력저지를 벼르고 있다. 충청 여야는 통합법 처리를 앞두고 국회에서 각각 맞불 집회를 여는 등 찬반 여론전에 기름을 붓고 있다. 민주당은 24일께부터 본회의를 열어 민생과 개혁 입법을 동시에 추진하겠다는 방침이다. 최우선 법안은 대전 충남 등 행정통합특별법이다. 6·3 지방선거에서..

[지선 D-100]  `대권주자` 대전충남 통합시장 與野 혈전 전운
[지선 D-100] '대권주자' 대전충남 통합시장 與野 혈전 전운

충청권 명운을 가를 6·3 지방선거가 23일로 100일 앞으로 다가온 가운데 행정통합 가능성이 큰 대전충남 통합시장 선거에 정치권의 안테나가 모이고 있다. 대전충남 통합 시장은 소위 '정치적 영토' 확장에 따라 차기 대권 주자 도약 관측 속 초대 단체장을 차지하려는 여야가 사활을 건 총력전을 예고하고 있다. 탈환해야 할 집권여당 더불어민주당은 현역 의원과 전현직 단체장의 '벌떼 출격' 기류 속 강훈식 대통령 비서실장 출마 여부가 관건이다. 제1야당 국민의힘은 각각 재선 도전이 유력한 이장우 대전시장과 김태흠 충남지사의 현역 프리미엄..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 101일 앞으로 다가온 지방선거 101일 앞으로 다가온 지방선거

  • 설 연휴가 남긴 ‘쓰레기 산’ 설 연휴가 남긴 ‘쓰레기 산’

  • 제9회 지방선거 기초자치단체장 및 광역·기초의원 예비후보 등록 제9회 지방선거 기초자치단체장 및 광역·기초의원 예비후보 등록

  • 윤 전 대통령 1심 선고에 쏠린 눈 윤 전 대통령 1심 선고에 쏠린 눈