나노 분자의 불규칙한 ‘브라운 운동’을 역이용

1987년 영화 ‘이너스페이스’는 눈에 보이지 않을 정도로 작은 나노 잠수정을 타고 동물과 사람의 몸 속을 탐험하는 이야기가 나온다. 이 영화는 SF작가 아이작 아시모프의 ‘마이크로 탐험대’의 아이디어를 그대로 차용하고 있다. 최근 나노기술이 발달하면서 SF에 등장하는 것처럼 혈관을 비롯해 몸 속을 돌아다니면서 문제가 되는 부분을 고치는 나노 규모의 로봇 개발이 현실이 되고 있는 분위기다.

국내 연구진이 나노 크기의 초미세공간에서 원하는 대로 움직이게 만들 수 있는 모터, 일종의 동력기관을 개발해 주목받고 있다.

이화여대 화학나노과학과 김준수 교수팀은 DNA를 기반으로 해 나노입자의 움직임을 제어할 수 있는 ‘브라운 모터’를 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 6일자에 실렸다.

나노로봇이나 나노머신을 몸 속이나 미세공간에서 제대로 활용하기 위해서는 분자들을 원하는 곳으로 선택적으로 이동시킬 수 있어야 하는데 쉽지 않은 일이다. 원인은 나노 크기의 분자들은 용액 속에서 다른 용매들과 충돌하면서 방향성 없이 움직이는 ‘브라운 운동’을 하기 때문이다.

연구팀은 이 불규칙한 브라운 운동을 제어해 나노입자를 특정 방향으로 이동시킬 수 있는 브라운 모터를 개발했다. 이론화학 및 계산화학 기법을 바탕으로 나노입자가 DNA를 따라 한쪽 방향으로 이동하도록 DNA를 설계한 것이다.

음(-)전하의 DNA와 양(+)전하의 나노입자는 정전기적 인력으로 결합되는데 DNA 구조가 유연할수록 나노입자와 결합에너지가 낮고 결합하기 쉬워진다. 이런 원리로 나노입자가 DNA의 유연한 부분을 향해 이동할 수 있다는 것이 계산적으로 확인됐다.

연구팀은 이 원리를 바탕으로 DNA 유연성이 점진적으로 증가하는 구조가 반복되도록 합성한 뒤 주변 이온 농도를 변화시키면 나노입자가 한 쪽으로 이동한다는 것도 확인했다.

김준수 교수는 “이번 연구는 초미세 공간에서 DNA를 결합한 나노입자를 원하는 방향으로 이동시킬 수 있는 나노크기의 모터를 설계할 수 있음을 보여준 것”이라며 “선택적으로 분자 위치를 제어할 수 있는 나노디바이스나 응용기술 개발에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr