유전자 재조합 기술을 이용해 초고집적 기억기능을 보유한 생물전자소자가 세계 최초로 개발됨에 따라 현재 메모리 기능의 한계를 극복하고 새로운 시장 창출이 가능할 것으로 전망되고 있다. 서강대 화학공학과 최정우 교수는 1990년부터 관련분야의 선행 연구경험을 기반으로 한국과학재단으로부터 1995년과 1998년에 3년씩 2회 연속으로 특정기초 연구과제로 총 1억8000만원을 지원 받아 신기술을 개발하는 성과를 거두었다. 최정우 교수 연구팀이 개발한 생물전자소자는 생체 안에서 전자전달에 직접 작용하는 색소단백질 Cytochrom과 형광을 발하는 특징이 있는 녹색형광단백질을 각각 전자수용체 및 전자여기체로 이용해 생물체의 전자전달 현상을 모방한 생물분자로 구성됐다. 연구성과로 인해 지금까지 실리콘 등 무기물로 만들어졌던 반도체 소자가 109정도 밖에 안되는 메모리 기능의 한계를 극복하고 테라비트급인 1012 수준까지 획기적으로 끌어올릴 수 있게 됐다. 신기술과 관련된 연구결과로 국내외에 13편의 논문이 게재되거나 승인된 상태이며, 국제 특허출원을 준비중이다. 특히, 2001년초 네덜란드에서 발간되는 생물전자공학분야의 세계적 최정상 학술지인 Biosensor & Bioelectronics에 연구결과를 게재하는 것이 확정됐다. 최정우 교수는 연구업적을 바탕으로 2개의 단백질을 유전공학적으로 합성함으로써 하나의 단백질로 구성된 새로운 융합 단백질을 이용한 생물전자소자 개발을 일본, 영국 등과 공동으로 추진 중이어서 동분야 연구를 주도하는 삼두체제의 한 축을 이룰 것으로 전망되고 있으며, 국내 NT(Nano Technology) 연구 수준을 한단계 끌어올려 국제적 기술우위도 확보할 것으로 기대되고 있다. 기존의 실리콘칩에 근거한 전자소자의 시장수요와 향후 전망을 고려할 때 고집적도의 분자전자소자의 시장점유율은 21세기에 급성장할 것으로 전망되고 있다. 기능성 생물분자 생산은 정밀화학산업 및 반도체산업의 새로운 시장을 개척할 것으로 전망되고 있다. 또 생물분자전자소자를 구현하기 위해 선행 연구되는 유전공학 기법에 의한 생물소재 개발, NT기술에 의한 초미세 패턴제작을 위한 공정 기술은 생물·화학·물리 및 전자 산업을 연계시킨 새로운 첨단분야를 개척하는 것은 물론 차세대 기술에서 선진국과의 기술격차를 줄일 수 있는 계기가 될 것으로 기대되고 있다. 최종우 교수팀이 개발한 생물전자소자 기술은 국내 분자소자 및 NT기술 관련연구의 질적·양적 수준을 향상시킬 수 있는 토대가 마련되고, 새로운 학문분야를 개척해 국제적으로 신기술의 우월적 지위를 확보할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 미국, 일본, 유럽 등 선진국의 과학자들은 우리나라의 생물전자소자 기술이 2020년경 완성될 것으로 전망하고 있으며, 신기술이 완성되면 기존의 실리콘칩을 이용한 전자소자 시장의 일부를 대체할 것으로 전망하고 있다. 현재 상업적으로 이용되고 있는 메모리반도체의 최고 집적밀도는 제곱 인치당 1Gb이며 실험실 수준으로는 10Gb까지 개발된 상태이지만, 100Gb 이상의 집적은 고밀도에 의한 구성요소의 발열현상과 단열물질의 두께 감소로 인한 주변회로 사이의 전자유출과 전자의 통계적 흔들림 등에 의해 전자의 운동방향이 무질서해지는 등 물리적 한계로 인해 기존의 기술로는 더 이상 집적밀도를 높이는 것이 한계로 인식되고 있다. 이러한 집적기술의 한계를 극복하기 위한 대안으로 제시되고 있는 것이 분자단위의 소자를 제작하고자 하는 분자전자기술이며, 분자전자기술로 생물분자를 사용하는 생물전자소자 기술이 제창됐다. 생물전자소자 기술 중 바이오 메모리 소자 기술은 생물분자를 이용해 메모리를 구현하는 기술이다. 분자전자소자의 궁극적인 목표인 분자 1개를 기억 매체로 하는 소자를 구현하면 최고 1테라비트까지 기억밀도를 높일 수 있다. 따라서 생물전자소자 기술은 Giga Byte의 저장용량을 넘어 테라급 이상의 고집적 메모리 개발을 위한 필수적인 요소기술로 제시되고 있다. 유전자 재조합 기술은 생물공학 분야에서 유용 대사산물의 생산에 응용돼왔다. 최근 유전자 재조합 기술에 의해 전자전달 기능이 향상된 전자전달 단백질을 생산할 수 있으며, 서로 다른 2종의 단백질이 결합된 새로운 형태의 융합 단백질도 생산할 수 있다. 생물전자소자 기술은 현재 세계적으로 연구가 진행중이며, 국내에서는 아직 기술개발 단계가 미진한 단계이다. 따라서 전자소자 분야에서 차세대 원천 기술의 확보를 위해 생물전자소자 기술의 연구가 필요하다. 생물전자소자 기술은 전자산업의 국제 경쟁력을 강화시키고 연계 분야간 상승효과를 제공하며, 고부가가치산업 창출을 통해 국제사회에서 기술선진국으로 발돋움할 수 있는 기반을 마련할 수 있다. 최정우 교수 연구팀은 생물체의 전자전달 현상을 모방한 생물분자로 구성된 생물전자소자를 개발하기 위해 전자전달능력이 우수한 생물분자를 이용해 생물전자소자를 제작했다. 생체안의 전자전달 현상에 직접적으로 작용하는 Cytochrome 단백질과 높은 형광 양자수율을 갖는 녹색형광단백질(GFP)을 이용했으며, Cytochrome 단백질은 전자수용체로 GFP는 빛에 의한 전자여기체로 사용했다. Cytochrome과 유전자 재조합 기술로 생산된 GFP를 이용해 단백질의 복합박막화를 수행했다. 생물분자를 이용한 박막 형성기법으로는 Langmuir-Blodgett(LB)기법과 자기조립기법(SA)을 이용했다. 생물분자 광다이오드소자는 광조사에 의해 여기체에서 전자수용체로 전자의 흐름이 생기며, 이로 인해 전류가 발생되는 광전특성과 정류특성을 가지고 있다. 최정우 교수 연구팀은 생물분자 광다이오드소자의 생물분자박막을 응용해 분자단위의 메모리 기능을 구현했다. 외부에서 광조사에 의해 발생된 전자와 주사 터널링 현미경(STM)에 의해 주입된 전자는 생물박막에 저장되며, 저장된 전자에 의한 전하변화는 정전기힘 현미경(EFM)에 의해 분석된다. 제시되는 소자는 생물분자단위로 정보의 저장과 읽기가 가능해 광메모리 소자로 사용될 수 있으며 이용시 분자단위의 메모리 기능에 의한 테라비트급 메모리가 가능하다. 02)705-8480 <Chemical Daily News 2001/04/03> |
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