KAIST, DNA 균열 자유자재로 만들어낼 기술 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 한국과 미국 공동연구진이 물을 품고 있는 DNA 박막 위에 탈수 반응을 일으킬 수 있는 유기 용매를 뿌려 DNA 균열을 원하는대로 만들어낼 수 있는 기술 개발에 성공했다.

이를 통해 만들어진 균열 구조 안에 친환경 온열소재, 적외선 발광체 등을 넣어 기능성 바이오 소재를 제작, 스마트 헬스케어 분야에 활용할 수 있을 것으로 보인다.

한국과학기술원(KAIST) 화학과 윤동기 교수, 기계공학과 유승화 교수와 미국 코넬대 화학공학과 박순모 박사 연구팀은 DNA 박막의 탈수 현상에 기반한 미세구조 균열을 제작했다고 29일 밝혔다.

유전 정보를 저장하는 기능을 하는 DNA는 두 가닥이 서로 꼬여있는 이중나선 사슬 구조, 사슬과 사슬 사이는 2~4나노미터(㎚, 1㎚=10억분의 1m) 주기의 규칙적인 모양을 갖는 등 일반적인 합성 방법으로는 구현하기 힘든 정밀한 구조재료로 구성돼 있다.

이 구조를 변경하기 위해 DNA를 빌딩블록으로 사용해 정밀하게 합성하거나 오리가미(종이접기) 기술을 이용해 구현해왔으나, 매우 복잡한 설계과정이 필요하고 특히 염기서열이 조절된 값비싼 DNA를 이용해야 하는 단점이 있었다.

이에 연구팀은 연어에서 추출한 DNA 물질을 이용해 기존 대비 1000배 이상 저렴한 비용으로 화장용 붓으로 마치 DNA를 수채화 물감과 같이 사용, 그림 그리듯 정렬시켰다.

이어 3D 프린터를 이용해 지름이 2㎚인 DNA 분자들을 원하는 방향으로 정렬시키면서 말려 얇은 막을 만들었다.

여기에 유기 용매 방울을 떨어뜨리면 끓는점이 낮은 유기 용매가 DNA 내의 수분을 빼앗아 가면서 크랙이 형성됐다.

이때 DNA의 사슬 옆면이 사슬 끝부분에 비해 물을 상대적으로 많이 포함하고 있어 더 많은 수축이 일어나 결국 DNA 사슬 방향으로 크랙이 형성됐고, DNA 사슬 방향을 원하는 방향으로 조절할 수 있어서 연구팀은 이 크랙도 원하는 방향으로 조절할 수 있는 결과를 얻었다.

연구팀이 개발한 DNA 기반 미세 균열(크랙) 구조 형성 및 제어 기술은 생체 친화적 소재인 DNA로 이뤄진 수십-수백㎚의 박막에 DNA 사슬방향으로 생긴 크랙(균열)에 다양한 기능성 소재를 채워 넣는 공정이 가능하다.

온열 소재의 경우 겨울에 따뜻하게 하고 적외선 발광체를 넣으면 탈모나 피부 케어 등에 응용되는 등 생체친화적인 패턴을 바탕으로 기능성을 부여함으로써 향후 다양한 기능성 바이오 소재 및 헬스케어 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

KAIST 화학과 이소은 석사과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈' 온라인에 지난 15일 게재됐다.

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