초록 ▼

연구의 목적 및 내용
■ 본 연구의 목표는 자연계에서 무기 소재를 합성하는 생무기질화 반응을 유발하는 기능성 펩타이드를 인공적 형태로 디자인된 DNA 나노템플릿 상에 나노패터닝하여 제작된 생물분자복합체를 주형으로 이용하여 생체모방형 무기 나노구조물을 합성함.
■ DNA 나노템플릿은 0D(다면체), 1D(리본, 튜브, 트랙), 2D(박막), 3D(격자)로 5 nm 이하 해상도로 디자인이 가능하며, 이를 주형으로 하여 0D(입자), 1D(와이어), 2D(미세패터닝), 3D(중공구조) 등의 다차원 무기 나노구조물을 합성함으로써

연구의 목적 및 내용
■ 본 연구의 목표는 자연계에서 무기 소재를 합성하는 생무기질화 반응을 유발하는 기능성 펩타이드를 인공적 형태로 디자인된 DNA 나노템플릿 상에 나노패터닝하여 제작된 생물분자복합체를 주형으로 이용하여 생체모방형 무기 나노구조물을 합성함.
■ DNA 나노템플릿은 0D(다면체), 1D(리본, 튜브, 트랙), 2D(박막), 3D(격자)로 5 nm 이하 해상도로 디자인이 가능하며, 이를 주형으로 하여 0D(입자), 1D(와이어), 2D(미세패터닝), 3D(중공구조) 등의 다차원 무기 나노구조물을 합성함으로써 기존의 방식으로는 제작할 수 없었던 형태 및 물성을 지니는 신규 무기 나노 소재를 합성함.
■ 생무기질화 반응의 메커니즘을 규명하기 위해 기계적 강도를 가진 안정된 형태의 DNA 나노템플릿을 디자인하고 DNA 템플릿 상에 이식할 기능성 펩타이드의 조건(e.g., 아미노산 서열, 구조형태, 농도, 펩타이드간 이식간격)을 다양화하여 물리적 파라메터의 변화에 따른 생무기질화 반응의 경향성을 연구함.

연구결과
■ 생무기질화 반응을 유발하는 기능성 펩타이를 DNA 주형에 패터닝하기 위하여 일부 DNA 가닥 및 기능성 펩타이드 각각의 말단부네 biotin 변형을 시키고 streptavidin을 중간 매개체로 하여 DNA 주형의 특정 위치에 기능성 펩타이드를 5-29 nm 간격으로 패터닝시킴.
■ 생무기질화 반응 메커니즘을 규명하고자 사다리 모양의 DNA 주형 상에 패터닝시킬 기능성 펩타이드의 간격, 밀도 및 아미노산 서열 조작에 따른 펩타이드 길이(국소농도)를 조작한 다양한 조건 하에서 생무기질화 반응을 유도하였고 중성 pH 수용액 환경에서의 금속산화물 합성 조건을 성공적으로 탐색함.
■ 펩타이드 길이가 1배인 RSTB1 패턴드 DNA 박막주형의 경우, DNA 주형의 자기조립 단위체인 I-monomer의 펩타이드 패터닝 위치가 4개인 구조물에서 폭 7.1±1.5 nm인 rod를 관찰할 수 있었으나, 3개 이하인 경우 무기물 합성을 관찰할 수 없었음.
■ 펩타이드 길이가 2배인 RSTB1×2A이 패터닝된 DNA 박막주형 모두에서 TiO₂의 합성을 관찰함. I-monomer의 펩타이드 패터닝 위치가 1개인 경우에는 입자형태가, 2-4개인 경우에는 rod 형태가 합성됨을 관찰할 수 있었음.
■ TiO₂ 합성에 영향을 미치는 세가지 요인으로, 1) 펩타이드의 국소농도 (펩타이드 길이 비교), 2) 패터닝 간격 (RSTB1×2A 패턴드 DNA 템플릿들의 펩타이드 이식간격 차이에 따른 합성 무기물의 크기 비교), 3) 펩타이드의 패터닝 밀도 (I-monomer 상의 펩타이드 패터닝 위치 갯수에 따른 합성결과 비교)가 있음을 확인함.

연구결과의 활용계획
■ 기에능서 성사 용펩된타 이1드D 가사 다패리터 닝뿐된만 D아N니A 라나 노구조물로 구성된 복합생물분자주형은 본 연구 0D(다면체), 1D(리본, 튜브), 2D(박막), 3D(격자) 및 DNA 오리가미 구조물 등 다양한 주형을 이용하여 기존의 무기물 합성방식으로 불 가능했던 형태의 금속산화물을 합성할 수 있음.
■ 본 연구를 통해 개발된 복합생물분자주형 및 생무기질화 반응을 이용하여 자연친화적(상온ㆍ상압에 근접한 합성환경 및 중성 pH)으로 나노 레벨의 금속산화물을 합성하는 기술은 전지구적인 환경규제 흐름 속에서도 경제ㆍ산업적 측면에서 나노물질 합성의 선도기술로 이용 가능하며, 점점 더 그 중요성을 인정받고 있는 생체모방형 나노ㆍ바이오 기술의 발전에 일조할 수 있음.
■ 본 연구를 통해 제조된 나노 금속산화물은 디자이너 DNA 나노템플릿을 이용하여 원하는 모양, 크기, 조성을 지니는 맞춤형 나노구조체로 제조될 수 있으므로 기존 염료감응태양전지의 전자 이동층으로 사용되는 산화티타늄 층의 핵심 소재인 TiO₂ 나노입자의 기존 합성방식을 대체할 수 있는 새로운 전략으로 사용될 수 있으며, 유기태양전지 제작의 향후 신 모델로써의 사용이 기대 가능함.

(출처 : 연구 결과 요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose& contents
■ This study aims to develop 0D, 1D, 2D, and 3D inorganic nanomaterials of novel properties by synergistic combination of biomineralization technique harnessing biomolecular templates comprising biomineralizatoin inducer peptide incorporated DNA nanostrucure.
■ Multidimension

Purpose& contents
■ This study aims to develop 0D, 1D, 2D, and 3D inorganic nanomaterials of novel properties by synergistic combination of biomineralization technique harnessing biomolecular templates comprising biomineralizatoin inducer peptide incorporated DNA nanostrucure.
■ Multidimensional DNA nanotemplate can be designed such as polygedra, ribbon (or wire, track), thin film, and lattice in 0-, 1-, 2-, and 3D, respectively. Target inorganic nanostructures are nanoparticle, track, patterned thin film, and hollow structure in 0-, 1-, 2-, and 3D, respectively based on peptide/DNA nanotemplate.
■ In order to investigate the biomineralization mechanism, track shaped peptide/DNA nanostructure was used as a template by manipulating peptide length, concentration and positioning distance.

Result
■ DNA strands and peptides were both biotinylated and conjugated through streptavidin intermediation. Two types of peptide were patterned on DNA track template with 5-29 nm gaps.
■ TiO₂ biomineralization mechanism was investigated by manipulating patterning distance, concentration, and length of peptide.
■ In case of RSTB1 petide as 1x length on the DNA thin film, TiO₂ was observed only the case of 4 peptide positioning sites at I-monomer (DNA building unit block).
■ In case of RSTB1x2A petide as double length on the DNA thin film, TiO₂ was observed for all cases but the shape and size are different, e.g., quantum dot for single peptide positioning site on the DNA template, nanorods for 2-4 peptide positioning sites at I-monomer.
■ The three key parameters for TiO₂ biomineralization are 1) peptide local concentration depends on peptide length, 2) peptide positioning distance (in case of RSTB1x2A), and 3) peptide patterning density at I-monomer of DNA unit building block.

Expected Contribution
■ TiO₂ synthesis by using peptide/DNA biotemplate and biomineralization process can be further extended not even the nanorod shape by using DNA track template herein used but 0D quantum dot, 1D ribbon and tube, 2D patterned film, and 3D polyhedron and hollow lattice. DNA nanotechnology with biomineralization process can serve as a new inorganic synthesis strategy with supporting high degree of freedom.
■ DNA nanotechnology with biomineralization process provide the green synthesis of inorganic nanostructure with neutral aquous pH, low temperature, low pressure and non-toxic. This synthesis can offer a benefit under the global environmental agreement.
■ This research provides the alternative synthesis strategy of TiO₂ nanoparticle which is used as an electron transfer channel for dye-sensitized solar cell.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구 계획 요약문 ... 4연구 결과 요약문 ... 5 국문 요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 16 5. 연구결과의 활용계획 ... 16 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 17 7. 주관연구책임자 대표적 연구 실적 ... 17 8. 참고 문헌 ... 18 9. 연구 성과 ... 19 10. 기타사항 ... 20끝페이지 ... 21