클러치 나노로봇의 구조와 작동원리. 클러치는 엔진의 동력을 전달 혹은 차단하는 로봇의 필수 요소며 클러치 나노로봇은 자성 엔진, 구형 로터, DNA 클러치로 이뤄져 있고 DNA 클러치는 무한대에 가까운(4의 20제곱) 정보를 코딩할 수 있다. (사진=IBS)

기초과학연구원(IBS)은 나노의학연구단 천진우 단장(연세대 언더우드 특훈교수) 연구팀이 유전자 신호를 감지해 스스로 클러치를 작동시키는 생체 나노로봇을 세계 최초로 개발했다고 14일 밝혔다.

이 스마트 생체 나노로봇은 바이러스 정도의 크기인 200㎚의 극미세 영역 안에 엔진과 로터(회전체), 클러치 등 기계장치를 탑재해 특정 질병인자를 감지하고 세포와 결합해 생체신호를 조절할 수 있다.

클러치는 기계의 엔진을 구동하는 핵심요소로 엔진의 동력을 로터로 전달(go) 혹은 차단(stop)하는 장치다. 클러치로 인해 필요에 따라 선택적으로 기계를 구동할 수 있어 에너지 효율도 향상된다.

자연계의 박테리아 역시 편모의 운동을 제어키 위해 생체 클러치를 이용하는 것으로 확인됐으나 그동안 개발된 나노로봇에서는 클러치 기능을 구현하지 못했다.

이번에 IBS 연구진은 독창적인 구조설계를 통해 나노로봇에 클러치 장치를 탑재하는 데 성공했다.

연구진에 따르면 화학적 합성법으로 제작된 나노로봇은 다공성 구형 로터 안에 자성엔진이 있으며 로터와 엔진은 각각 DNA로 코팅된다.

로터 표면의 구멍을 통해 환경인자가 내부로 유입돼 특정 유전자 신호를 감지하면 로터와 엔진에 코팅된 DNA 가닥이 서로 결합해 엔진의 힘을 로터로 전달하는 '클러치' 역할을 한다.

DNA 클러치가 작동하면 엔진에서 발생하는 피코 뉴턴(pN·1뉴턴(1N)의 1조분의 1에 해당)의 힘이 로터로 전달돼 나노로봇이 헬리콥터의 프로펠러처럼 회전한다. 자성을 가진 엔진을 사용했기 때문에 인체 외부에서 자력을 이용해 무선으로 로봇 제어가 가능하고 자기장의 방향에 따라 회전력의 발생 방향을 자유자재로 바꿀 수도 있다.

또 이 나노로봇은 세포와 결합해 생체신호를 기계적으로 조절할 수 있다. 질병인자에 해당하는 특정 마이크로 RNA 유전자가 존재하는 경우 클러치 나노로봇이 이를 감지하고 스스로 작동해 세포의 유전자 활성화를 유도한다.

특히 무한대에 가까운 질병인자를 감지토록 프로그래밍할 수 있어 무수히 많은 정보를 코딩, 기억 및 연산기능을 갖는 나노로봇의 지능화가 가능하다

이번 연구성과는 국제 저명 학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 40.523)'에 지난 7일 게재됐다.(논문명:A magnetically powered nanomachine with a DNA clutch)

천진우 단장은 "정보의 프로그램화가 가능한 클러치가 구현됐다는 것은 자율주행 자동차처럼 로봇이 스스로 주변을 감지하고 판단할 수 있다는 의미"라며 "머지않아 진단이나 치료에 활용할 수 있는 자율주행 나노로봇이 개발될 것으로 기대한다"고 말했다.

제노메딕스 김기태 genoddx@naver.com 김기태의 기사 더보기

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