KAIST(한국과학기술원)는 화학과·나노과학기술대학원 윤동기, 기계공학과 김형수 교수 공동연구팀이 마이크로 크기의 DNA 2차원 마이크로패치 구조체를 제작하고 이를 제어 및 응용할 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

이번 연구에서 공동연구팀은 커피가 종이에 떨어지고 물이 마르면 동그랗게 환 모양이 생기는 이른바 ‘커피링 효과’라 불리는 현상을 DNA 수용액에 적용해 세계 최초로 DNA 기반의 마이크로패치를 제작하는데 성공했다.

차윤정 박사, 박순모 박사과정 학생이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인판에 지난 7일자로 게재됐다.

논문명은 'Microstructure arrays of DNA using topographic control'이다.

연구팀에 따르면 유전 정보를 저장하는 기능을 하는 DNA는 이중나선 구조와 나노미터 주기의 규칙적인 모양을 가져 소재 분야에서 일반적인 합성방법으로는 구현하기 힘든 정밀한 구조재료다.

정밀한 DNA 합성과 오리가미(Origami) 기술을 이용해 스마일 패치(smile patch) 등의 모양을 구현해 왔지만 재료 가격이 높아 실제 응용에 어려움을 겪었다.

이를 극복키 위해 윤 교수팀은 연어에서 추출한 DNA 물질을 이용, 기존보다 1000배 이상 저렴한 비용으로 잘 정렬된 뜨개질(knit) 혹은 아이스크림콘 모양의 새로운 마이크로패치 구조체를 대면적에서 구현했다.

연구팀은 DNA가 물에 녹으면 마치 물풀과 같이 끈적끈적해지면서 서로 적당한 힘으로 끌어당기며 일정한 방향으로 정렬하는 액정상(liquid crystal phase)을 보인다는 점에 주목했다.

윤 교수는 "액정 표시장치(LCD)에서 액정분자들이 전기장을 통해 방향성이 제어되는 것처럼 수용액 상태의 DNA 액정상이 두 기판 사이에서 문질러지며 물의 증발이 이뤄질 때 DNA 나노 구조체들이 원하는 방향으로 정렬하게 된다”며 “과일 잼을 식빵에 바르면 과일 알맹이(pulp)가 한 방향으로 잘 펴 발라지면서 마르는 현상과 유사하다”고 설명했다.

연구팀은 DNA가 한 방향으로 문질러져서 마를 때 바닥에 평평한 기판 대신 일정한 모양을 갖는 수 마이크론 크기의 기둥(혹은 요철)들이 있는 기판을 사용하면 2차원의 뜨개질 모양, 아이스크림콘 모양 등 좀 더 흥미로운 것들을 제작할 수 있다는 것을 확인했다.

이어 연구팀은 금 나노막대와 같은 플라즈몬 공명(plasmon resonance)을 나타내는 소재와 결합해 디스플레이 소자에 응용을 시도하고 DNA 마이크로패치를 일종의 틀로 삼아 금 나노막대들을 독특한 형태로 배향하고 플라즈몬 컬러 기판을 제작하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 DNA 2차원 마이크로패치 제작 기술은 DNA를 구조재료 및 전자소재로 활용할 수 있는 단서를 마련했을 뿐 아니라 증발 현상과 DNA 액정물질이 접목될 때 나타나는 독특한 형태의 복잡한 분자 거동 해석에 대한 실마리를 제공했다는 평가를 받고 있다.

윤 교수는 “연구를 통해 밝힌 것처럼 DNA가 금 나노막대와 같은 광학 소재와 복합체를 쉽게 만들 수 있는 만큼 자연계에 무한히 존재하는 DNA를 디스플레이 관련 분야의 신소재로 응용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

뉴시스  newsis.com

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