과학기술부 창의적연구진흥사업단인 디지털나노구동연구단(단장 KAIST 바이오시스템학과 조영호 교수)은 극미세 생체근육의 구조와 동작원리를 응용해 새로운 정보매체인 극미세 광신호 및 바이오 물질정보를 나노미터 정도로 제어할 수 있는 새로운 형태의 디지털 근육칩(나노구동기)을 개발했다. 생체근육은 근육의 최소 구성조직인 액틴(Actin)과 미오신(Myosin)에서 발생되는 나노미터 크기의 생물학적 디지털 구동을 근육다발에서 직병렬로 연결함으로써 생명체 이동에 필요한 정교한 운동을 만들어내고 있다. 디지털 나노구동기는 생체근육의 구조와 구동원리를 공학적으로 변형 모방(모사)한 것으로, 근육의 생물학적 구동기를 정전기를 이용한 디지털 구동기로 대체하고 근육다발 대신 기계적인 비선형 변조기를 사용함으로써 나노미터 정도의 정교한 운동을 발생시킬 수 있도록 설계됐다. 생체모사기법으로 설계된 디지털 나노구동기는 실리콘 미세가공기술로 제작됐으며, 크기(1.2mmX1.2mm)가 쌀알 크기보다 작고 인간 염색체 4가닥에 해당하는 약 5.46마이크로미터(1마이크로미터는 100만분의 1미터)의 운동범위에서 DNA 6가닥에 해당하는 12.4나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 정확도를 가지는 움직임을 초당 7200회 연속적으로 발생시킴으로써 극미세 광신호 및 바이오 물질정보를 정확하게 조작하고 제어할 수 있다. 생체모사 디지털 나노구동기는 극소형이면서도 광자의 저손실, 고정도 제어가 필요한 고속 광통신기, 고밀도 광저장기, 고화질 디스플레이 등 차세대 정보산업 뿐만 아니라 단백질이나 DNA등 바이오물질의 고정도 조작과 분석에 관한 최첨단 바이오/의료산업, 그리고 나노물질의 고정도 제어와 조합을 위한 나노제조산업 등 미래 고부가가치 신 산업분야에 폭넓게 응용될 수 있는 핵심부품이다. 생체모사 나노구동기술의 개발은 IT-BT-NT 융합분야에서 새로운 원천기술을 발굴할 수 있는 가능성을 입증하고 있다. 또 연구팀은 나노구동기와 함께 나노미터 이하의 움직임을 감지할 수 있는 고성능 나노감지기도 개발했다. 나노감지기는 나무가지 모양의 정전용량 감지구조로 구성돼 있으며 실리콘 미세가공기술을 이용하여 2mm X 2.2mm의 크기로 제작됐다. 나노감지기는 기존의 감지기에 비해 5배 이상 향상된 성능인 ±165㎚의 구동범위에서 0.0005㎚/√㎐(혹은 5.5㎍/√㎐)의 감도로 최소 0.019㎚의 극미세한 움직임까지 감지할 수 있다. 나노감지기는 광부품의 초정밀 조립과 위치검출, 고집적 나노저장기의 위치제어, 분자단위의 나노물질 합성과 DNA 등 나노바이오 물질의 구조분석 등에 응용이 가능하다. 지금까지 나노미터 정도의 구동기 개발은 극미세 영역에서의 전기적 잡음, 제조공정의 오차 그리고 소재물성의 불안정 등 나노영역에서의 과학기술적 한계로 인해 실현되지 못하고 있었다. 생체모사 나노구동기 개발은 나노영역에서의 생명체의 구조와 동작원리를 응용함으로써 기존 첨단기술의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 제시하고 이를 실험적으로 입증하였다는데 의미가 있다. 디지털나노구동연구단은 2000년 10월 과학기술부 창의적연구진흥사업단으로 선정됐으며, 극미세 생명체의 구조와 동작원리에 관한 지식을 기반으로 새로운 개념의 극미세 부품 발굴과 생체모사기법을 응용한 디지털 근육칩 개발에 도전하고 있다. 미래 광자 및 나노바이오 물질 등 새로운 정보미디어의 발굴과 취급도구 개발, 그리고 이를 통해 새로운 개념의 극미세 물질정보시대를 열겠다는 포부를 가지고 있다. 연구단에는 연구단장인 조영호 교수를 포함한 4명의 박사급 연구진과 7명의 박사과정 연구원, 6명의 석사과정 연구원, 그리고 3명의 기술 및 행정지원 인원 등 총 20명의 학제적 인력이 BT-IT-NT 융합영역에서 나노구동 관련 기초연구에서부터 제조공정 및 측정분석 기술개발에 이르기까지 전 주기적 연구를 수행하고 있으며, 향후 새로운 물질정보시대를 겨냥한 극미세 구동부품 등 고부가가치 첨단제조업의 육성과 관련 신 산업 창출에 크게 기여할 것으로 전망된다. <Chemical Daily News 2002/04/24> |
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