생체근육을 모사한 디지털 나노구동기 개발 - 디지털나노구동연구단(단장 : 조영호 교수)

*TV 방송 보도 보기(YTN NEWS)- 2002.4.23 보도

 

- 바이오 지식(BT)을 근거로한 새로운 나노물질정보 처리기술(IT) 발굴 -

 

◆ 과학기술부 창의적연구진흥사업단인 KAIST(원장 : 洪昌善) 디지털나노구동연구단(단장 : 바이오시스템학과 조영호(曺永昊) 교수/오른쪽 사진)은 극미세 생체근육의 구조와 동작원리를 응용하여 새로운 정보매체인 광신호 및 바이오 물질정보를 나노미터 정도로 제어할 수 있는 새로운 형태의 디지털 근육칩(나노구동기)을 개발하였다.

 

◆ 생체 근육은 최소 구성단위인 액틴(Actin)과 미오신(Myosin) 조직에서 발생되는 나노미터 크기의 단위구동을 직병렬로 연계하여 필요한 운동을 만들어 내고 있다. [첨부 그림1] 본 디지털 나노구동기는 근육조직이 액틴(Actin)-미오신(Myosin)의 단위구동을 비선형적으로 변조하는 원리를 응용하여, 디지털 신호에 의해 발생되는 단위 구동기의 출력을 기계적 비선형 변조기를 이용하여 나노미터 정도로 정제할 수 있다.

 

◆ 개발된 디지털 나노구동기는 실리콘으로 만들어졌으며 전체크기(1.2mmX1.2mm)가 쌀알 크기보다 작고 약 5.46 마이크로미터(마이크로미터는 100만분의 1 미터)의 운동범위 내에서 12.4 나노미터(나노미터는 10억분의 1 미터) 정도의 움직임을 초당 7,200회 연속적으로 발생시킴으로써 극미세 광 및 바이오 물질정보를 나노미터 정도로 제어할 수 있다. [첨부 그림2]

 

◆ 본 생체모사 디지털 나노구동기는 극소형이면서도 광자의 저손실, 고정도 제어가 필요한 고속 광통신기, 고밀도 광저장기, 고화질 디스플레이 등 차세대 정보산업뿐 만 아니라 단백질이나 DNA등 바이오물질을 정교하게 다루는데 필요한 최첨단 의약 및 의료산업, 그리고 나노물질의 정교한 제어와 조합을 위한 나노제조산업 등 고부가가치 신 산업분야에 활용될 수 있는 핵심부품이다. 이러한 생체모사 나노구동기술의 개발은 IT-BT-NT 융합분야에서 새로운 원천기술을 발굴할 수 있는 가능성을 입증하고 있다.

 

◆ 그 동안 나노미터 정도의 구동기 개발은 극미세 영역에서의 전기적 잡음, 제조공정의 오차 그리고 물성의 불확정성 등에 관한 과학기술적 한계로 인해 실현되지 못하고 있었으나, 이러한 생체모사 나노구동기 개발을 통해 생물체의 구조와 동작원리를 응용하여 기존 첨단기술의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 실험적으로 입증하였다는데 의미가 있다.

 

◆ 또한 동 연구팀은 나노구동기의 나노운동 감지를 위하여 나노운동 감지능력 을 향상시킨 나무가지 모양의 전극구조를 가진 정전용량형 나노운동 감지기(전체크기 2mm X 2.2 mm)를 고안하였다. 이 감지기를 통하여 기존 감지기에 비해 5배 이상 향상된 성능인 ±165 ㎚의 구동범위에서 0.0005 ㎚/√㎐ (5.5㎍/√㎐)의 감도로 최소 0.019㎚의 운동 감지능력을 실현하였다. 이러한 비선형 나노구동기와 나노감지기는 고집적 나노 저장기와 나노물질의 제어/조작, 그리고 DNA 등 나노바이오 물질의 검출과 취급에 응용이 가능하다. [첨부 그림3]

 

◆ 디지털나노구동연구단은 지난 2000년 10월 과학기술부 창의적연구진흥사업단으로 선정되었으며, 극미세 생명체의 구조와 동작원리에 관한 지식을 기반으로 한 새로운 개념의 나노 공학적 도구 발굴과 생체모사를 응용한 디지털 근육칩 개발에 도전하고 있으며, 새로운 개념의 나노바이오 정보시대를 열겠다는 포부를 가지고 있다. 본 연구단에는 4명의 박사급 연구원과 7명의 박사과정과 6명의 석사과정 연구원, 그리고 기술 및 행정지원 인원 등 총 21명의 인원이 BT-IT-NT 융합영역에서 나노구동에 관한 기초기술에서부터 제조공정 및 측정분석 기술에 이르기까지 전 주기적 연구를 수행하고 있으며, 미세 구동부품 산업 등 미래 정보기계 분야에서의 고부가가치 첨단제조업 육성과 새로운 business 창출 등에 크게 기여할 것으로 전망된다.