[논문]정보 융합 나노하이브리드 시스템의 이해

김문희; 박대환

doi:10.9713/kcer.2019.57.3.321

정보 융합 나노하이브리드 시스템의 이해
A Review on Info-Convergence Nanohybrid System 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.57 no.3, 2019년, pp.321 - 330

김문희 (경남대학교 나노신소재공학과) , 박대환 (경남대학교 나노신소재공학과)

초록
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최신 학제간 융합기술의 발전과 더불어 디지털 사회에서 생성된 방대한 정보를 저장하기 위하여 신뢰성이 높고 정보의 집적화면에서 효율적이며 세계적으로 통용될 수 있는 정보 코드 시스템의 필요성이 대두되고 있다. 그에 발맞춰 화공, 나노화학, 신소재 분야에서도 획기적인 차세대 정보 코드 시스템 개발을 위한 시도가 계속되고 있다. 해결책 가운데 하나로서 DNA를 이용한 정보 코드 시스템이 각광을 받으면서 많은 연구자들이 관련 연구에 박차를 가하고 있다. 본 총설에서는 DNA를 기반으로 하는 정보 융합 나노하이브리드 (infohybrid) 코드 시스템의 연구동향 및 기술개발 현황에 대하여 요약 및 정리하였다. 특히, 코드 시스템에 적합한 하이브리드 소재 및 나노기술에 대하여 알아보고 대표적인 사례를 기반으로 DNA 정보 코드화 기법에 대하여 정리한 후, 이력추적관리, 진위판별입증, 나노법의학 등 응용분야에 대하여 연구 사례를 중심으로 설명하였다. 마지막으로 최근에 연구 발표된 스마트폰을 활용한 Avatar DNA 나노하이브리드 시스템을 소개함으로써 4차 산업혁명 시대를 이끌어 나갈 나노-바이오-정보-인지 기술이 접목된 융합시스템 개발 및 그 잠재력에 대하여 전망해 보았다.

Abstract ▼ AI-Helper

With the rapid development trend in multidisciplinary science and convergence technology, digital data storages have been necessary in order to accumulate a huge amount of information with high security. The possibility that biological DNA code system can offer encoding and decoding information has been illustrated by many researchers. In this review, we summarized current issue of info-convergence nanohybrid system, so-called infohybrid. DNA-inorganic nanohybrid materials and devices to achieve DNA-based molecular information system are presented. The possible applications focusing on tracking-and-traceability management, authenticity verification, and nano-forensics are also reviewed with four steps of encoding, encrypting, decrypting and decoding. We also highlighted the potential of smart code system with Nano-Bio-Info-Cogno (NBIC) convergence technology through the recently published case study of Avatar DNA nanohybrid system with smart phone.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. A. Genomic steganography, (a) structure of a prototypical secret-message DNA strand, F, forward; R, reverse, (b) key used to encode a message in DNA, (c) gel analysis of products obtained by PCR amplification with specific primers of microdots containing secret-message DNA strands hidden in a background of sonicated, denatured human genomic DNA, (d) sequence of the cloned product of PCR amplification, and the result of using the encryption key to decode the message, reprinted with permission from ref.[18] Copyright 1999 Nature Publishing Group. B. Infobiology based on SPAM, (a) schematic illustration of the information workflow in a bio encoding system, (b) septenary alphanumeric encoding table, (c) fluorescence image of SPAM to transmit a message. The message is read from left to right along lines that read top to bottom, reprinted from ref. [49].
그림 Fig. 2. DNA intercalative routes into LDH: A. coprecipitation, B. ion exchange, C. exfoliation-reassembly. D. DNA encapsulation route into SiO₂, reproduced with permission from ref. [34] Copyright 2013 Nature Publishing Group.
그림 Fig. 3. A. Schematic illustration of the infohybrid system on the basis of the DNA conjugate tracers: (a) encoding, (b) encrypting, (c) decrypting, (d) decoding, reprinted with permission from ref. [8] Copyright 2004 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. B. (a) Synthesis of Fe₂O₃/TMAPS/DNA/SiO₂-C6 particles, (b) analytic route of DNA recovery from oil particle suspensions and subsequent quantification by qPCR, (c) sequencing chromatograms of base 95-109 of unprocessed dsDNA sequence (top panel) and encapsulated/recovered from decalin (bottom panel), reprinted with permission from ref. [50] Copyright 2014 American Chemical Society.
그림 Fig. 4. Nano-forensics based on a DNA@LDH. A. Photograph images of the [S] marking by pure ink (left) and by DNA@LDH ink (right), B. fluorescence microscopy images, C. schematic procedure for authentication of the forensic DNA from the [S] marking mixed with DNA@LDH by DNA-chip binding under illumination, D. readout images of the graphic [S], reprinted with permission from ref. [46] Copyright 2010 American Chemical Society.
그림 Fig. 5. Application of the DNA@LDH to the traceability system for identifying product origin: A. encoding, B. encrypting, C. decrypting, D. decoding, reproduced from ref. [14] with permission from The Royal Society of Chemistry.
그림 Fig. 6. The schematic illustration of the Avatar DNA nanohybrid system, reprinted with permission from ref. [41] Copyright 2014 Nature Publishing Group.

AI 본문요약
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문제 정의

나노-바이오-정보-인지 기술이 접목된 정보 융합 코드 시스템인 스마트폰을 활용한 Avatar DNA 나노하이브리드 시스템에 대하여 구체적으로 소개하면서 4차 산업혁명 시대의 주요 발전 동력인 바이오 분야의 혁신, 지능화, 디지털과 물리 세계의 결합 등 최신 융합분야에서 다양한 기능을 구현할 수 있는 혁신적인 하이브리드 소재 개발에 대하여 전망해 보았다.
본 총설에서는 정보가 융합된 바이오 또는 나노 시스템의 연구동향 및 기술개발 현황에 대하여 정리하면서 정보 코드체계 시스템에 적합한 하이브리드 소재 및 기술 설비에 대하여 알아보고 실제 적용 가능한 응용분야에 대하여 구체적인 예를 들어 설명을 한 후, 4차 산업혁명 시대에 걸맞는 융합기술의 발전 흐름과 더불어, 나노바이오-정보-인지 융합 기술이 접목된 infohybrid 시스템 개발 및 그 잠재력에 대하여 전망해 보고자 한다.

제안 방법

이후 니트로셀룰로오스 맴브레인을 사용하여 undeveloped SPAM을 찍어 상대방한테 보내게 되며 이를 전달받은 자는 맴브레인을 다시 배양액 접시에 찍는 방식으로 SPAM을 배양액 접시에 올리고 일정기간 동안 특정한 처리를 통하여 암호화된 정보를 판독하게 된다. 7가지 형광 색깔을 기본 정보단위로 7진법, 즉 색깔별로 0-6까지 숫자에 대응하고, 숫자 두 개를 하나의 단위로 하여 7X7 총 49개의 알파벳과 기호 하나하나에 대응하는 코드화 전략을 사용하였다(Fig. 1B(b)).
Avatar DNA nanohybrid 시스템은 나노-바이오-정보-인지 최신 융합기술이 접목된 스마트한 코드시스템이다. DNA 바이오 분자의 염기서열을 특정 문자/숫자/기호와 대응 변환하여 코드화한 후, 생체친화적인 무기 나노시트 LDH로 캡슐화 구조의 안정화된 Avatar DNA 이미지코드를 제작한다. DNA코드 분자가 분산된 DNA코드 조성물이 이미지 형태로 변환된 하이브리드 커뮤니케이션 방법이다.
DNA 바코드 분자가 추출된 용액 5μL (DNA 10 nM 함유)를 효소가 없는 바이오칩용 혼성화 완충용액에 용해시킨 후 95 ºC 5분간 가열하여 단일가닥 형태의 DNA 바코드 분자를 만들었다.
2D)을 살펴보면, 먼저 SiO₂ 나노입자를 제조한 후, TMAPS (N-trimethoxylsilylpropyl-N,N,Ntrimethylammonium chloride) 를 사용하여 SiO₂ 나노입자를 NH⁺ 양이온으로 표면 개질 후, 음이온성의 DNA를 나노입자 표면에 흡착시킨다. DNA를 흡착시킨 다음, TEOS (Tetraethoxysilane)을 졸겔법으로 중축합 반응을 시켜 DNA를 감싸면서 그 위로 12~15 nm 두께의 SiO₂ 코딩층을 형성하여 DNA@SiO₂ 나노하이브리드소재를 제조하였다. 이 단계에서 TMAPS를 추가로 첨가하는데 이는 DNA 이중나선골격의 인산기 음이온과 반응하여 연결고리 역할을 한다.
infohybrid 소재를 예로 DNA코드의 나노격자 조작방법을 통한 DNA코드 시스템 제조전략을 요약, 정리하였다. DNA코드 시스템의 코드화 기법을 구체적으로 정보이론와 연결하여 정보 습득 및 기록, 정보 저장, 정보 수집 및 판독, 판독된 정보 표시의 4단계로 나누어 설명하였다. 최근 infohybrid 코드 시스템의 적용 연구가 활발히 진행되고 있는 응용분야인 나노법의학, 이력추적관리, 진위판별입증 분야의 연구개발 동향을 살펴보면서 DNA코드 시스템의 보다 다양한 분야에서의 응용 가능성을 제시하였다.
각각 디자인된 DNA 바코드를 도포한 A, B 원산지 인삼과 DNA 바코드가 없는 순수한 LDH 나노물질만을 도포한 외국산 χ 인삼시료를 수검자가 알 수 없도록 임의로 혼합하고 원산지 판별을 실시하였다.
개발된 뿌리는 나노 DNA 바코드를 이용한 인삼 원산지 판별시스템의 정확성 및 재현성을 검증하기 위하여 A원산지, B원산지, 외국산 χ 인삼시료를 준비하여 블라인드 테스트를 진행하였다.
4). 구체적으로 DNA@LDH를 흑색 잉크와 혼합한 후, 상기 DNA코드가 포함된 나노하이브리드 잉크로 유리 슬라이드에 [S] 문자를 날인하고 순수한 잉크로 날인한 [S] 문자와 비교하는 실험을 진행하였다. 광학 스캐너를 이용하여 이미지를 수득한 결과, 순수한 흑색 잉크로 날인한 [S]는 형광을 나타내지 않았고 나노하이브리드 잉크로 날인한 [S]는 이중가닥 구조 DNA의 말단에 각각 부착된 녹색, 적색 형광체가 병합된 황색 [S] 그래픽 이미지가 관찰되었다(Fig.
원산지를 판별하기 위하여, 인삼 뇌두 부위를 절단하고 나노 DNA 바코드를 수거하여 DNA 바코드 정보를 검출하였다. 구체적으로 절단한 인삼 뇌두를 EDTA가 함유된 산성용액으로 세척하여 나노입자를 뇌두 표면으로부터 분리 수거하고 나노무기 캡슐을 분해시켜 코드화된 정보를 함유한 DNA 바코드 분자를 추출한다. DNA 바코드 분자가 추출된 용액 5μL (DNA 10 nM 함유)를 효소가 없는 바이오칩용 혼성화 완충용액에 용해시킨 후 95 ºC 5분간 가열하여 단일가닥 형태의 DNA 바코드 분자를 만들었다.
나노법의학에서의 활용 가능성을 입증하기 위하여, DNA@LDH소재를 DNA코드를 기반으로 하는 문서 위조, 복제 방지용 잉크에 적용하여 실험을 수행하였다(Fig. 4). 구체적으로 DNA@LDH를 흑색 잉크와 혼합한 후, 상기 DNA코드가 포함된 나노하이브리드 잉크로 유리 슬라이드에 [S] 문자를 날인하고 순수한 잉크로 날인한 [S] 문자와 비교하는 실험을 진행하였다.
상기 개발된 스마트폰을 활용한 Avatar DNA nanohybrid 시스템은 데이터 및 정보의 효율적인 암호화를 통한 유통 시스템에서의 보안 및 위조방지 이력추적관리에 활용 가능하다. 미국에서 위조품 사건으로 크게 이슈화되었던, 주사용 항암치료제 Avastin 의약품을 일예로 nanohybrid 시스템의 동작과정을 인코딩, 인크립팅, 디크립팅 및 디코딩 과정을 포함한 네 가지 단계로 나누어 검증하였다.
이와 같은 선명한 황색 [S] 이미지 검출을 통해, 무기 나노캡슐을 제거하지 않은 상태에서 DNA코드가 포함되어 있음을 1차적으로 판독 가능하다. 보다 정밀한 판독을 위하여 나노하이브리드 잉크로 날인된 [S] 문자에서 소량의 DNA@LDH를 회수하여 산성조건에서 EDTA를 첨가하여 나노캡슐을 제거한 후 추출된 나노법의학 실험용 광학 DNA코드를 기 제작된 바이오센서와 혼성화 반응을 수행하였다. 판독기로 이용하는 바이오센서는 상기 광학 DNA와 상보적인 염기서열을 갖는 12×12개의 탐침 DNA가 적절히 적재된 바이오센서로서 제작 시 녹색, 적색 두 가지 형광 종류의 스팟 위치를 적절히 조절하여 판독된 결과가 녹색 바탕에 적색 [S] 이미지가 확인되도록 디자인하였다.
본 총설에서는 infohybrid 바이오 코드 시스템의 연구 진행 상황을 개괄적으로 소개하고 DNA코드 시스템에 적합한 하이브리드소재 및 기술설비에 대하여 DNA-LDH, DNA@ LDH, DNA@SiO₂ infohybrid 소재를 예로 DNA코드의 나노격자 조작방법을 통한 DNA코드 시스템 제조전략을 요약, 정리하였다. DNA코드 시스템의 코드화 기법을 구체적으로 정보이론와 연결하여 정보 습득 및 기록, 정보 저장, 정보 수집 및 판독, 판독된 정보 표시의 4단계로 나누어 설명하였다.
제조된 층상형 LDH를 적절한 용매를 이용하여 나노사이즈의 낱장의 시트로 박리화 시킨 콜로이드 용액에 DNA 용액을 적가하여 재조합시키는 박리화-재조합법이 있다[61,62]. 설명한 A, B 제조방법에서는 공침 반응 및 이온교환 반응의 층간 삽입 화학을 이용하여 음이온인 DNA가 양이온성 층 전하를 띠는 LDH의 층간에 삽입되어 강한 정전기적 인력에 의해 안정화됨으로써 LDH, DNA가 교대로 쌓여있는 2차원 층상구조의 DNA-LDH 나노하이브리드 소재를 제조하였다. 그러나 이런 방법들은 LDH 층간 간격 팽창 한계의 제약으로 구조가 특이하거나 3차원적으로 거대한 유전자를 담지 할 수 없고 LDH 층간에 삽입되더라도 그 입도에 따라 안정화 될 수 있는 DNA의 길이 및 크기가 제약을 받으며 무기물 및 유기물이 부착되어 일부 양전하를 함유하는 DNA는 담지하기 매우 어려우며 단일상의 DNA-LDH 나노 복합체제조를 위해서는 반응단계에서 과량의 DNA 및 장시간이 소요되는 경제적인 문제점이 있다.
우선 공침법으로 간편하고 저렴한 가격으로 자성을 띤 Fe₂O₃ 나노입자를 제조하고, 나노입자를 TMAPS로 처리하여 NH⁺ 양이온으로 표면 개질 후, 음이온성의 DNA를 양이온을 띤 자성 나노입자 표면에 흡착시킨다. DNA 흡착 후 추가로 TMAPS 코팅층을 형성 후, TEOS를 첨가하여 이를 전구체로 SiO₂ 코팅층이 형성되면서 코어-셀 구조의 Fe₂O₃/TMAPS/ DNA/SiO₂ 나노입자가 제조된다.
각각 디자인된 DNA 바코드를 도포한 A, B 원산지 인삼과 DNA 바코드가 없는 순수한 LDH 나노물질만을 도포한 외국산 χ 인삼시료를 수검자가 알 수 없도록 임의로 혼합하고 원산지 판별을 실시하였다. 원산지를 판별하기 위하여, 인삼 뇌두 부위를 절단하고 나노 DNA 바코드를 수거하여 DNA 바코드 정보를 검출하였다. 구체적으로 절단한 인삼 뇌두를 EDTA가 함유된 산성용액으로 세척하여 나노입자를 뇌두 표면으로부터 분리 수거하고 나노무기 캡슐을 분해시켜 코드화된 정보를 함유한 DNA 바코드 분자를 추출한다.
유리 슬라이드 표면을 개질한 후, 총 100개의 스팟에 탐침 DNA를 고정하여 인삼 원산지 판별용 바이오칩을 제작한다. 각각의 스팟에 한 종류의 탐침 DNA를 고정하고 상기 두 종류의 탐침 DNA 스팟 위치 패턴을 적절히 조절함으로써, 녹색/적색 형광물질이 부착되어 있는 인삼 원산지 광학 DNA 바코드와 상보적인 염기서열을 가진 탐침 DNA의 혼성화 반응을 통하여, 판독된 이미지가 원산지별로 특정한 패턴을 나타내도록 디자인할 수 있다(Fig.
DNA 흡착 후 추가로 TMAPS 코팅층을 형성 후, TEOS를 첨가하여 이를 전구체로 SiO₂ 코팅층이 형성되면서 코어-셀 구조의 Fe₂O₃/TMAPS/ DNA/SiO₂ 나노입자가 제조된다. 추가로 해당 나노입자의 오일 매체 내에서의 분산성을 향상시키기 위하여 N-hexyltrimethoxysilane를 첨가하여 가수분해 방법으로 나노 입자 표면이 소수성을 띠도록 한다. 상기 방법으로 평균 사이즈가 135 nm 수준의 Fe₂O₃/TMAPS/DNA/SiO₂-C6 안정적인 코어-셀 구조의 나노입자를 제조하여 외부환경으로부터 DNA를 안정적으로 보호하는 DNA코드를 완성한다(Fig.
1B). 해당 미생물 정보 코드 시스템은 SPAM (Steganography by Printed Arrays of Microbes)으로 명명하였고 7개의 서로 다른 색깔로 형광 처리된 대장균 박테리아로, 스팟행렬 형식으로 제작되었다. Fig.

대상 데이터

실험에서의 Avatar DNA-QR코드 혹은 Avatar DNA-컬러짚코드는 각각 DNA칩 위에서 226개 스팟 지점 혹은 320개 스팟 지점 각각이 DNA 픽셀로 구성된 디지털 이미지 코드 즉 DNA-QR 이미지코드(226개 DNA 픽셀로 구성)/DNA-컬러짚 이미지코드(320개 DNA 픽셀로 구성)이다. Avatar DNA AIDC 이미지코드는 DNA분자의 농도가 nanomolar (10^-9 moles)의 낮은 수준에서도 효과적으로 스마트폰용 검출기를 통해 인식 가능하다.
제작된 단일가닥 DNA와 각각 상보적인 염기 서열을 가지며, 5’ 말단에 시아닌5 적색 형광물질이 공유결합 되어있는 35개 염기쌍 길이의 단일가닥 DNA를 제작한다.
판독기로 이용하는 바이오센서는 상기 광학 DNA와 상보적인 염기서열을 갖는 12×12개의 탐침 DNA가 적절히 적재된 바이오센서로서 제작 시 녹색, 적색 두 가지 형광 종류의 스팟 위치를 적절히 조절하여 판독된 결과가 녹색 바탕에 적색 [S] 이미지가 확인되도록 디자인하였다.

이론/모형

1A). DNA 염기 세 개를 하나의 단위로 하여 알파벳과 기호 하나하나에 대응하는 코드화 기법을 사용하였다(Fig. 1A(b)).

성능/효과

무기 나노입자로 캡슐화된 DNA 바코드는 인삼 유통과정에서의 안정성을 확보할 수 있으며 도포 방식 또한 용이하다. C. 인삼 원산지 추적 확인 시에는 형광분석을 통하여 1차적으로 광학 DNA 바코드 유무를 판독하고 2차적으로 인삼의 머리 부분에 남아 있는 암호화된 광학 나노 DNA 바코드 물질을 회수하고 D. 사전에 특정된 패턴으로 디자인하여 제작된 인삼 원산지 판별용 바이오칩을 이용하여 염기서열을 확인함으로써, 인삼의 원산지를 판별하는 단계로 이루어진다(Fig. 5).
구체적으로 DNA@LDH를 흑색 잉크와 혼합한 후, 상기 DNA코드가 포함된 나노하이브리드 잉크로 유리 슬라이드에 [S] 문자를 날인하고 순수한 잉크로 날인한 [S] 문자와 비교하는 실험을 진행하였다. 광학 스캐너를 이용하여 이미지를 수득한 결과, 순수한 흑색 잉크로 날인한 [S]는 형광을 나타내지 않았고 나노하이브리드 잉크로 날인한 [S]는 이중가닥 구조 DNA의 말단에 각각 부착된 녹색, 적색 형광체가 병합된 황색 [S] 그래픽 이미지가 관찰되었다(Fig. 4B). 이와 같은 선명한 황색 [S] 이미지 검출을 통해, 무기 나노캡슐을 제거하지 않은 상태에서 DNA코드가 포함되어 있음을 1차적으로 판독 가능하다.
또한, 실제로 인삼의 유통구조에서 보관되는 7일간의 4 ºC 냉장 보관 후에도 도포된 나노 DNA 바코드가 훼손 및 손상되지 않고 유지되고 있음을 확인할 수 있었다.
바이오센서와 광학 DNA코드와의 혼성화 반응은 100pM의 낮은 농도의 DNA 용액에서도 검출이 가능하며 혼성화 반응을 “1초” 동안 수행함으로써 정확히 판독하여 결과 이미지를 얻을 수 있었다.
하이브리드 태그 디코딩 단계에서, 이미지의 픽셀들의 DNA 염기서열, 감응물질, 결합물질, 형상, 패턴, 색상 및 밝기 등의 소정 임계값을 기준으로 인식, 분리 및 DNA 정보를 추출하게 된다. 상기 스마트폰 등 모바일기기를 활용한 Avatar DNA nanohybrid 시스템은 개별 물품 단위 태그를 DNA 바이오태그에 인코딩하고 전자코드 및 이미지태그를 혼용하여 컴퓨터 네트워크 기술을 활용함으로써, 데이터베이스 시스템과의 상호 운용성 및 인증 기능을 극대화 시켜 개체식별 이력추적, 보안인증 및 진위판별 기술이 동시에 실시간으로 가능한 스마트한 커뮤니케이션 시스템을 구축할 수 있었다.
박리화된 LDH 무기 나노시트 콜로이드 용액에 정보가 코드화된 DNA분자가 증류수에 용해되어 있는 수용액을 혼합하여 나노 DNA코드 분자를 안정화 시킨다. 상기 제조된 나노 DNA코드 분자의 형상 및 구조는 투과전자 현미경 분석을 통하여 확인하였는데, 박리화된 LDH 무기 나노시트가 DNA 바코드 분자 주위에 약 10 nm 두께로 재조합되어 무기 나노셀을 형성하면서 DNA 분자를 캡슐화 시키는 약 150 nm 크기의 완벽한 코어-셀 구조의 나노입자 DNA 바코드가 형성되었다. 이렇게 안정화 된 DNA코드 시스템은 인삼 자체 표면에 도포가 용이하고 유통과정에서 다양한 악조건의 외부 환경으로부터 DNA 바코드의 손상 및 훼손을 효과적으로 차단할 수 있다.
판독기로 이용하는 바이오센서는 상기 광학 DNA와 상보적인 염기서열을 갖는 12×12개의 탐침 DNA가 적절히 적재된 바이오센서로서 제작 시 녹색, 적색 두 가지 형광 종류의 스팟 위치를 적절히 조절하여 판독된 결과가 녹색 바탕에 적색 [S] 이미지가 확인되도록 디자인하였다. 상기 혼성화 반응 검출을 이용한 판독 결과, 녹색 바탕에 적색 [S] 광학 이미지를 확인함으로써 신속, 정확하게 광학 DNA코드를 2차 판독할 수 있었다. 바이오센서와 광학 DNA코드와의 혼성화 반응은 100pM의 낮은 농도의 DNA 용액에서도 검출이 가능하며 혼성화 반응을 “1초” 동안 수행함으로써 정확히 판독하여 결과 이미지를 얻을 수 있었다.
얻어진 단일가닥 형태의 DNA 바코드를 포함한 용액을 제작한 바이오칩에 올려서 혼성화 반응을 진행한 후, 세척 및 건조하여 형광스캐너로 이미지를 분석하면 각각 기 디자인 되었던 A, B 원산지의 독특한 녹색/적색으로 이루어진 그래픽 패턴이 관찰되어 A, B 원산지를 100% 정확히 판별해 낼 수 있었고 외국산 χ 인삼시료는 아무런 판독 정보가 없어 미지의 원산지 인삼으로 판별되었다(Fig. 5C, 5D).
01 중량 %로 분산시킨 후, 스프레이법 혹은 함침법으로 인삼 뇌두 표면에 빠르고 용이하게 도포 가능하다. 주사전자현미경 이미지(Fig. 5B)를 통하여 도포한 표면을 관찰하면 친수성 용매에 분산되어 있는 DNA 바코드가 인삼 뇌두 내부로 흡수되지 않고 표면에 물리적으로 고르게 흡착되어 있음을 알 수 있었다. 또한, 실제로 인삼의 유통구조에서 보관되는 7일간의 4 ºC 냉장 보관 후에도 도포된 나노 DNA 바코드가 훼손 및 손상되지 않고 유지되고 있음을 확인할 수 있었다.
첫 번째, 정보의 습득 및 기록 단계에서 특정된 정보, 6개 자모 “hybrid”를 포함하는 100개의 염기쌍을 갖고 있는 이중가닥 구조의 DNA를 인위적으로 코드화하여 합성한다(Fig.
코어-셀 구조의 DNA코드 나노입자는 우수한 열안정성을 나타내는데, 순수 DNA 용액은 120 °C로 가열하였을 경우, 분해 되어 검출되지 않는 반면, 코어-셀 구조로 캡슐화 안정된 DNA 코드는 160 °C에서 30 min 처리 후에도 정확히 검출 및 판독이 가능하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	DNA에 정보를 저장하는 기술이 현재 필요한 이유는?	메가트랜드를 이루는 주요기술은 인공지능(AI), 사물 인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 모바일 등 지능정보기술을 3D 프린팅, 생명공학, 로봇공학, 나노기술 등 여러 분야의 신기술과 융합하여 현실 세계의 모든 제품과 서비스를 다양한 플랫폼을 기반으로 네트워크로 연결하고 지능화하는 기술이다. 상호 연결된 최신 융합기술의 발전, 다양한 플랫폼을 기반으로 한 제품, 서비스 등과 인간의 관계, 실생활과 가상 네트워크를 연결하는 모든 기술의 발전을 위해서는 기하급수적으로 늘어나는 정보를 정확하고 빠르게, 스마트하게 수집, 저장, 처리 및 분석할 수 있는 접근법이 필요하다. 해결책 가운데 하나가 바로 DNA에 정보를 저장하는 것이다[2].
	메가트랜드를 이루는 주요기술이란?	보고서에서는 제4차 산업혁명을 이끄는 기술을 물리학 기술, 디지털 기술, 생물학 기술로 분류하였으며 이 세 분야 모두 서로 깊이 연관되어 끊임없이 융합하고 조화를 이루면서 혁신을 이끌어 갈 것으로 예상하고 있다. 메가트랜드를 이루는 주요기술은 인공지능(AI), 사물 인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 모바일 등 지능정보기술을 3D 프린팅, 생명공학, 로봇공학, 나노기술 등 여러 분야의 신기술과 융합하여 현실 세계의 모든 제품과 서비스를 다양한 플랫폼을 기반으로 네트워크로 연결하고 지능화하는 기술이다. 상호 연결된 최신 융합기술의 발전, 다양한 플랫폼을 기반으로 한 제품, 서비스 등과 인간의 관계, 실생활과 가상 네트워크를 연결하는 모든 기술의 발전을 위해서는 기하급수적으로 늘어나는 정보를 정확하고 빠르게, 스마트하게 수집, 저장, 처리 및 분석할 수 있는 접근법이 필요하다.
	DNA코드 시스템이 해결해야 할 과제는?	DNA코드 시스템은 상기와 같이 우수한 기능을 가지고 있고 화학적 안정성이 다른 생체 분자(단백질, RNA 등) 코드 시스템에 비하여 우수하지만, DNA 자체는 외부환경에 의하여 쉽게 변성이 일어나고 파괴될 수 있기 때문에 광학 또는 자기 기반의 전통적인 정보 저장기법과 비교하여 정보 안정성 확보는 해결해야 할 과제이다. 무기물 기반의 기능성 하이브리드 나노입자는 견고함을 바탕으로 DNA코드 시스템의 안정성을 확보할 수 있는 효율적인 방법으로서 무기 나노입자 자체도 작은 면적에 효율적인 정보 코딩이 가능하여 적용 가능성이 높다[31-40].

참고문헌 (64)

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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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