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. 취임 100일 맞은 허태정 대전시장 "국가반도체연구소 유치, 2차 공공기관 이전에 총력"
  2. 대전샛 발사 24시간 통신 연결 없어…"궤도에 있으나 전파간섭 추정돼"
  3. 축구대표팀 ‘병역 논란’ 후폭풍…53년 병역특례 폐지 수순 밟나
  4. [홍석환의 3분 경영] 요즘 사원에게 Loyalty를 물어보면?
  5. 유생복 입고 붓글씨 쓰며 한글 가치 되새긴 한기대 학생들
  1. 출범 100일 장기수 천안시장 , "천안은 더욱 성장 가능한 도시, 일할 수 있는 환경 만들 것"
  2. 배움의 무대에 창작과 도전을 더하다… 백석문화대 다빈치아카데미 성료
  3. 천안법원, 음주운전 차량 뒤따라가 돈 갈취한 상습공갈범 '징역 2년 4월'
  4. 한기대 앵커사업단, '예비창업부터 글로벌 진출까지' 맞춤형 지원 결실
  5. 상명대 디자인코랩, 안동 전통문화 담은 기념품 개발·현장 판매

헤드라인 뉴스


대전샛-1 최초 교신 성공 대전 우주기업 도약 모멘텀

대전샛-1 최초 교신 성공 대전 우주기업 도약 모멘텀

누리호 5차 탑재돼 우주로 향한 대전샛-1(DaejeonSAT-1)이 지상국과의 최초 교신에 성공했다. 대전시는 9일 보도자료를 통해 이같이 밝혔다. 시에 따르면 대전샛-1은 발사 후 예정된 절차에 따라 우주공간에서 위성의 자세를 안정화하고 지상국과의 통신 연결을 시도했다. 이어 지상국을 통해 위성의 신호가 정상적으로 수신되면서 8일 23시 20분 6차 교신 시도 끝에 양방향 교신에 성공했다. 대전샛-1 주요 기능에도 이상이 발견되지 않았다고 시는 덧붙였다. 시스템 운용모드, 배터리팩, 자세제어 모드, 위성체 EOC 카메라의 지구..

국가유산청 국감, 종묘 앞 세운4구역 놓고 여야 공방
국가유산청 국감, 종묘 앞 세운4구역 놓고 여야 공방

8일 진행된 국회 문화체육관광위원회의 국가유산청 국정감사에선 종묘 앞 세운4구역 재개발을 놓고 여야가 치열한 공방을 벌였다. 세운4구역 건축물 높이 상향과 영향평가를 거치지 않은 사업 추진, 태릉CC 주택공급 계획과의 형평성 문제가 집중적으로 다뤄졌는데, 허민 국가유산청장은 세계유산영향평가(HIA)를 통해 보존과 개발의 균형을 찾아야 한다는 입장을 밝혔다. 이날 국감에서 더불어민주당은 세계유산영향평가 없이 사업을 추진하는 서울시를 비판한 반면 국민의힘은 국가유산청이 정부의 태릉CC 개발과 서울시의 세운4구역 개발에 다른 잣대를 적용..

응급실 인력난에 트램 상권 불편까지… 허태정, 취임 100일 맞아 민생현장 점검
응급실 인력난에 트램 상권 불편까지… 허태정, 취임 100일 맞아 민생현장 점검

허태정 대전시장이 민선 9기 취임 100일을 맞아 응급의료 현장과 트램 공사로 불편을 겪는 상권을 잇달아 찾았다. 허 시장은 8일 충남대학교병원 권역응급의료센터를 방문해 대전형 응급환자 이송·수용체계 운영 상황을 점검하고 의료진과 소방 등 현장 관계자들의 의견을 들었다. 대전형 응급의료체계는 환자 중증도에 따라 이송·수용 기준을 마련하고 소방과 의료기관 간 협력을 강화해 응급환자의 이송부터 수용, 최종 치료까지 연결하는 체계다. 이날 충남대병원은 국정감사 일정으로 병원장이 참석하지 못한 가운데 공공부원장과 응급의료센터장, 응급의료과..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 모래판 위에서 펼쳐진 한판 승부 모래판 위에서 펼쳐진 한판 승부

  • 수확 앞둔 황금 들녘 수확 앞둔 황금 들녘

  • ‘와! 성공이다’ 대전샛 개발자들 누리호 발사 성공에 환호 ‘와! 성공이다’ 대전샛 개발자들 누리호 발사 성공에 환호

  • ‘은행 열매를 피해라’ ‘은행 열매를 피해라’