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. 조원휘, '오직 유성' 출판기념회… "유성의 내일, 시민과 함께 그릴 것"
  2. 나사렛대, 2025학년도 천안시 겨울방학 영어캠프 성료
  3. 단비처럼봉사단, 취약계층에 사랑나눔… "지역에 따뜻한 온기를"
  4. 천안직산도서관, 청소년 독서동아리 '단짝독서' 운영
  5. 백석대 물리치료학과, 찾아가는 건강 프로그램 운영
  1. 천안시 동남구, 천안역 동부광장 일원 합동점검 나서
  2. 천안시, 겨울철 안전사고 예방 대책 논의 위한 장애인거주시설장 간담회 개최
  3. 천안시농업기술센터, 농작업 안전컨설팅 참여 농가 모집
  4. 천안시 서북구, 노점상·불법적치물 집중단속… 안전한 보행환경 조성
  5. 천안시, '의료·요양 통합지원 협의체' 개최…돌봄체계 강화

헤드라인 뉴스


민주당 충청발전특위 “시·도통합 인센티브, 균형성장 새모델”

민주당 충청발전특위 “시·도통합 인센티브, 균형성장 새모델”

더불어민주당 ‘대전 · 충남통합 및 충청발전특별위원회’는 정부가 발표한 '광역 지방정부 간 행정통합시 부여되는 인센티브안'과 관련, “대한민국 균형성장의 새로운 모델”이라며 환영했다. 충청특위는 1월 16일 국회 소통관에서 기자회견을 열고, “정부의 4대 패키지 지원방안은 지방소멸의 위기를 국가 차원에서 정면 돌파하겠다는 분명한 의지의 표명이며 대한민국의 재도약을 이끌 강력한 마중물”이라고 밝혔다. 특위는 “대한민국은 수도권 일극 체제의 심화로 인해 서울은 집값 폭등과 교통 혼잡, 생활비 부담이라는 한계에 직면했고 지역은 인구 유출..

대전충남 통합 입법 개문발차…"정부案 미흡 파격특례 관철해야"
대전충남 통합 입법 개문발차…"정부案 미흡 파격특례 관철해야"

대전 충남 통합과 관련 조만간 개문발차(開門發車)할 입법화 과정에서 재정 및 권한 특례를 극대화할 수 있도록 하는 충청 여야의 총력전이 시급하다. 4년간 20조 원, 공공기관 우선 이전 고려 등 정부의 당근책이 파격적인 인센티브를 기대했던 충청권의 눈높이엔 미치지 못했다는 지적에 따른 것이다. 전면적인 세제개편, 대전 충남 통합시장 국무회의 참석, 자치구 권한확대 등 정부 안(案)에 없는 파격 특례를 특별법에 명문화해야 한다는 목소리가 커지고 있다. 18일 정치권에 따르면 더불어민주당은 빠르면 이번 주 대전 충남 통합 특별법안을 발..

행정통합 인센티브 與野 충돌…국힘 "선거용 매표" vs 민주 "정치 공세"
행정통합 인센티브 與野 충돌…국힘 "선거용 매표" vs 민주 "정치 공세"

정부가 대전 충남 등 행정통합 시도에 대한 지원 방안 4대 방향을 내놓자 여야가 또다시 정면 충돌했다. 국민의힘은 "지방선거를 앞둔 돈 풀기"라며 여당을 압박했고, 더불어민주당은 "지방 소멸의 절박함을 외면한 정략적 공세"라고 반격했다. 행정통합이 지방선거 최대 승부처 금강벨트의 뇌관으로 부상한 만큼 밀려선 안 된다는 절박감이 강대 강 대치로 이어진 것으로 풀이된다. 18일 정치권에 따르면, 정부는 지난 16일 광주·전남, 대전·충남 등 광역 지방정부 간 행정통합을 추진하는 '통합특별시'에 대해 연간 최대 5조 원, 4년간 최대 2..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 눈과 함께 휴일 만끽 눈과 함께 휴일 만끽

  • 3월부터 바뀌는 운전면허증 사진 규정 3월부터 바뀌는 운전면허증 사진 규정

  • 대전·세종·충남, 올 겨울 첫  고농도 미세먼지 비상저감조치 시행 대전·세종·충남, 올 겨울 첫 고농도 미세먼지 비상저감조치 시행

  • 충청권 ‘초미세먼지 예비저감조치` 발령 충청권 ‘초미세먼지 예비저감조치' 발령