[논문]DNA 기반 금속 나노 와이어의 제작기술

한경엽; 이정규

doi:10.14478/ace.2018.1049

DNA 기반 금속 나노 와이어의 제작기술
DNA Metallization for Nanoelectronics 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.29 no.3, 2018년, pp.253 - 257

한경엽 (경북대학교 자연과학대학 화학과 및 청정나노소재 연구소) , 이정규 (경북대학교 자연과학대학 화학과 및 청정나노소재 연구소)

초록
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DNA를 기반으로 한 금속 나노와이어는 전기적인 물성은 떨어지지만, 제작 방식이 간단하고, 대면적에서 대량으로 제작할 수 있으며, 유기 반응을 통해 분자 소자 제작의 기판으로도 사용가능한 차세대 재료로 전망된다. 본 총설에서는 DNA 금속화 반응을 이용한 나노와이어의 제작 및 3차원 구조체의 제작 기술에 대해 소개하고, 이와 관련한 연구 현황과 발전 방향에 대해 논의하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

DNA metallization has been emerged as a candidate for fabricating nanocircuits because of its simple process over a large area on a surface. With unique properties, DNA can be an excellent template to achieve molecular electronics. Thus, we introduced the preparation and properties of DNA metallizat...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 특성들을 이용하여 Braun 교수 연구진은 1998년에 DNA 기반 은(Ag) 나노와이어를 실리콘 웨이퍼 표면 위에서 성공적으로 제작했다[4]. 본 총설에서는 dsDNA를 2차원 표면과 3차원 표면에 고정하는 방법과, 이렇게 배열된 DNA와 금속이온을 결합하는 DNA 금속화 반응(DNA metallization)에 대해 소개하도록 하겠다.
본 총설에서는 나노제작기술 중 DNA를 이용한 바텀-업 방식에 대해 소개하고 DNA를 표면에 고정하기 위해 표면을 개질 하는 방법, DNA를 표면에 고정하는 방법, DNA 금속화 반응을 통해 금속 나노와이어를 만드는 방법, 2차원 및 3차원적으로 DNA 나노 구조를 구성하는 방법에 대해 알아보았다. 바텀-업 방식의 큰 장점은 이론적으로 제작 단가가 저렴하면서도 제작 신뢰도가 분자 단위까지 일정하다는 것이다.

제안 방법

더불어, 본 연구실에서 은을 이용한 DNA 금속화 반응을 실행해 본 결과 Figure 4와 같이 금속 나노 입자(20-30 nm)가 DNA에 어느 정도 형성되는 것을 확인했지만, 금속 나노 입자가 연속적으로 형성되지 않아 균일한 두께를 가진 나노 와이어의 수준에는 미치지 못하였다. 이를 극복하기 위해서 추가로 금속 나노 입자의 성장단계를 진행한 결과, 고체 표면에 금속 나노 입자의 비 선택적 흡착이 일어나는 문제를 확인했다. 이를 해결하기 위한 방법으로, 표면과 금속의 비 선택적 흡착을 최소화하면서 DNA와 선택적으로 결합할 수 있는 연구가 필요하다고 판단된다.

성능/효과

더불어, 본 연구실에서 은을 이용한 DNA 금속화 반응을 실행해 본 결과 Figure 4와 같이 금속 나노 입자(20-30 nm)가 DNA에 어느 정도 형성되는 것을 확인했지만, 금속 나노 입자가 연속적으로 형성되지 않아 균일한 두께를 가진 나노 와이어의 수준에는 미치지 못하였다. 이를 극복하기 위해서 추가로 금속 나노 입자의 성장단계를 진행한 결과, 고체 표면에 금속 나노 입자의 비 선택적 흡착이 일어나는 문제를 확인했다.

후속연구

DNA를 이용한 3차원적 나노 물질은 원하는 형태로 구조를 형성할 수 있다는 장점이 있다. DNA 금속 구의 경우에는 내부가 비어있다는 것을 이용해 빈 공간에 약물을 담지하여, 선택적 약물전달(drug delivery)용 템플릿으로도 활용할 수 있을 것이다. 블록 타입의 DNA 나노 구조는 제작하는 단계 및 블록의 종류가 많아 준비단계가 복잡하다는 단점이 있지만 제작한 블록을 쌓아 올리는 것이 가능하므로 DNA 배열에서의 어려움을 극복할 수 있는 중요한 단서가 될 수 있을 것이다.
DNA를 이용한 바텀-업 방식과 나노 구조체 형성 기술은 앞으로도 연구해야 할 분야가 무궁무진한 분야이며 지금도 이 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 의약분야에서의 약물 전달체, 전자분야에서의 분자 소자 등 응용이 가능하므로 많은 연구자들의 연구가 필요할 것이다.
이를 극복하기 위해서 추가로 금속 나노 입자의 성장단계를 진행한 결과, 고체 표면에 금속 나노 입자의 비 선택적 흡착이 일어나는 문제를 확인했다. 이를 해결하기 위한 방법으로, 표면과 금속의 비 선택적 흡착을 최소화하면서 DNA와 선택적으로 결합할 수 있는 연구가 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	나노제작기술이란?	나노제작기술(nanofabrication)은 물리화학 및 기계적인 방법을 이용하여 나노미터 크기의 형태나 구조 및 계면을 형성하는 것으로 정의할 수 있다. 나노제작기술은 크게 탑-다운(top-down) 방식과 바텀업(bottom-up) 방식으로 구분할 수 있다.
	곁사슬 역할을 하는 염기의 구성및 특징은 무엇인가?	먼저 수사슬 역할을 하는 당-인산기는 전기적으로 음의 전하를 띄고 있어서 양의 전하를 가지는 이온 등과 정전기적 인력(electrostatic interaction)을 가지게 된다. 또한 곁사슬 역할을 하는 염기의 경우 아데닌(adenine), 구아닌(guanine), 시토신(cytosine) 및 티민(thymine)의 4종류로 구성될 수 있으며, 이들 염기들 사이에서는 매우 선택적인 상보적 결합이 존재한다. 예를 들면 아데닌은 티민과 구아닌은 시토신과 선택적으로 수소결합하여 핵산의 이중나선 구조(double stranded DNA, dsDNA)를 형성하게 되고, 이 과정을 DNA의 자기조립이라고 일컫는다.
	DNA의 자기조립 방식과 제한 효소 사용 방식의 차이는?	예를 들면 아데닌은 티민과 구아닌은 시토신과 선택적으로 수소결합하여 핵산의 이중나선 구조(double stranded DNA, dsDNA)를 형성하게 되고, 이 과정을 DNA의 자기조립이라고 일컫는다. 이러한 자기조립 방식을 통해서 dsDNA (이하 DNA로 통칭)의 길이를 늘릴 수 있고, 반면에 제한 효소를 사용하면 특정 염기 서열만을 잘라내어 길이를 줄일 수 있다. 또한 DNA는 상대적으로 잘 휘지 않는(rigid) 특성을 가지고 있어서 고체 표면 위에 일직선으로 펼쳐질 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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