2018-01-25

뮌헨 공과대학(Technical University Munich)과 NIM(Nanosystems Initiative Munich)의 연구진은 전기장을 사용해서 DNA 나노기계를 움직이는 새로운 방법을 개발했다. 이 기술 적분에 팔처럼 움직이는 DNA 로보틱스 시스템은 서로 다른 방향으로 매우 빠르게 움직일 수 있다.

전기장으로 구동되는 새로운 “로봇 암(robot arm)”은 사각형 베이스와 “기어 스틱(gear stick)” 으로 구성되고, DNA 분자를 기반으로 하는 다른 기계보다 용액 속에서 100,000 배 더 빠르게 움직일 수 있다. 나노로봇은 DNA 종이접기(origami) 방법을 사용해서 만들어졌다.

DNA 종이접기는 정교한 나노구조를 만드는 강력한 방법이고, 10년 전에 처음 개발되었다. DNA 종이접기를 사용해서 나노크기의 로봇 비행기, 분자 무기 등과 같은 장치가 이미 만들어졌다. 이러한 시스템은 DNA 교배(hybridization) 반응과 같은 현상으로 구동되는데, 이것은 시스템을 매우 느리게 움직이게 만들었다. 따라서 외부 하중을 견딜 수 있도록 충분한 힘을 가지지 못하기 때문에 화물 이송에 사용될 수 없다.

나노로봇 암에 전기장을 가하면 몇 밀리세컨드(millisecond) 안에 위치를 바꿀 수 있는데, 이것은 이전 방법에 비해서 5 배 빠른 수치이다. 이러한 동작은 컴퓨터로 제어할 수 있기 때문에 복잡한 이동 패턴도 수행할 수 있다. 이 나노로봇 암을 이용하면 나노입자와 분자를 움직이게 할 수 있다.

이 시스템은 생체 분자 나노구조가 완충액 속에서 조작될 수 있다는 것을 보여준 최초의 사례이다. 로봇 암은 플랫폼 위의 화학결합 프로세스에 의해서 영향을 받기 때문에 항원, 항체, DNA-단백질 결합과 같은 생체분자 간의 분자 상호작용을 조사하는 단일-분자 바이오센서로서 사용될 수 있을 것이다. 이 새로운 나노로봇은 새로운 유형의 디지털 메모리와 3차원 프린팅의 기초가 될 수 있기 때문에 향후에 매우 중요하게 적용될 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Science에 “A self-assembled nanoscale robotic arm controlled by electric fields” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1126/science.aao4284).