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. 아산시, '선장포 노을맛집' 축제 성료
  2. 2금융권 예금금리 높이며 금리경쟁 대열 합류... 대전 비은행금융기관 수신도 늘까
  3. 국힘 천안시의원, "성성호수 권역 로컬푸드 직매장 주민 의견 수렴 거쳐야"
  4. [단독] 김찬술 대덕구청장 "공공기관 온다면 신청사도 내놓겠다"
  5. 무협 대전세종충남본부-충남도 '2026 충남 통상포럼' 개최
  1. 2차 중앙행정기관 이전 코 앞인데… 임시청사·주거·보육 등 대책 고심
  2. 공주 계룡산 관음봉 인근서 등산객 부상…소방헬기로 이송
  3. 한국타이어 3분기 매출 5조 4650억, 영익 5988억
  4. [건강]"젊다고 안심 금물"… 뇌졸중 초기 증상 감지와 신속한 대처법
  5. [건강]'조용한 불청객' 당뇨병, 숫자 넘어 생활 전체를 살펴야

헤드라인 뉴스


"대한민국 에너지 수도 `충남`에 발전공기업 통합본사 입지해야"

"대한민국 에너지 수도 '충남'에 발전공기업 통합본사 입지해야"

'대한민국 에너지 수도'를 지향하는 충남도에 5개 발전공기업의 '통합본사'를 유치하기 위해 여야 국회의원과 자치단체장들이 의기투합했다. 충남도 내에서 유치 경쟁을 벌이고 있는 당진시와 보령시, 태안군 역시 불필요한 갈등을 불식하기 위해 한목소리로 '충남 유치'를 강조했다. 충남도와 더불어민주당 어기구(당진시)·국민의힘 성일종(서산·태안)·장동혁(보령·서천) 의원은 10일 오후 국회의원회관에서 '발전공기업 통합본사 충남 유치를 위한 정책토론회'를 공동 개최했다. 토론회에는 3명의 국회의원과 박수현 충남도지사를 비롯해 더불어민주당 김기..

박수현 충남지사 "치의학연구원 천안 유치는 `독도는 우리 땅` 같은 이치"
박수현 충남지사 "치의학연구원 천안 유치는 '독도는 우리 땅' 같은 이치"

박수현 충남지사가 천안시민들과 함께 국립치의학연구원 천안 유치를 위한 범도민 결의를 다졌다. 박수현 지사는 10일 천안시청 봉서홀에서 열린 14번째 '충남통(通)행' 일정에서 장기수 천안시장 및 천안시민 800여 명과 함께 국립치의학연구원 천안 유치를 위한 결의 퍼포먼스를 전격 단행했다. 이번 퍼포먼스는 최근 출범한 '범충남 추진체'에 이어 도민의 결집된 유치 열기를 대외적으로 선언하기 위해 마련됐다. 충남도는 KTX 천안아산역 인근 융복합 R&D 지구 내 1만 94㎡ 규모의 부지를 선제적으로 확보한 데다, 단국대 치과대학 및 치과..

대전 빈집 1486호 남았다… 대덕구에 452호 집중
대전 빈집 1486호 남았다… 대덕구에 452호 집중

대전지역에 정비되지 않은 빈집이 1486호에 달하는 것으로 나타났다. 이는 2년 전 실시한 빈집 실태조사에서 파악된 1635호 가운데 정비가 완료된 149호를 제외한 수치로 한 호당 3000만 원 안팎에 이르는 철거비용과 재개발·재건축 구역에 포함된 빈집 등으로 정비에 속도를 내지 못하고 있다. 시는 전면 철거뿐 아니라 주변 환경 개선 등 정비 방식을 다각화해 빈집 정비에 속도를 높인다는 방침이다. 10일 대전시에 따르면 올해 10월 말 기준 대전지역 빈집은 1486호로 집계됐다. 이는 2024년 조사 당시 파악된 1635호에서 정..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 2026년산 공공비축미곡 매입 2026년산 공공비축미곡 매입

  • 이재명 대통령, 제64주년 소방의 날 기념식 참석 이재명 대통령, 제64주년 소방의 날 기념식 참석

  • 대전 국제 와인엑스포 ‘북적’ 대전 국제 와인엑스포 ‘북적’

  • 깊어가는 가을과 낙엽 깊어가는 가을과 낙엽