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  1. 2017.06.27 나노 주름에 물 한 방울, DNA 나노선 만든다.(계산과학연구센터 문명운 박사)

KIST-프린스턴大 공동연구팀, 나노 주름이 나노터널로 전이되는 현상 규명
나노크기의 물질 전달 및 배열이 필요한 생체 센서, DNA나 단백질 정밀분석에 활용

 

고분자 실리콘 화합물(PDMS) 소재를 압축하게 되면 주름이 생기게 된다. 이 표면에서 우리 손바닥의 손금과 같은 ‘구조의 접힘(folding)’ 상태를 만들기 위해서는 소재의 30%이상의 압축 변형이 필요하다. 최근 국내 연구진이 매우 낮은 수치인 1%정도의 작은 변형에서 물방울로 인한 표면장력으로 나노주름에 더 큰 변형을 유도하여 접힘 구조를 만들 수 있게 되는 현상을 규명하고, 이로 인해 DNA 나노선(nano-wire)을 만드는 기술을 개발했다고 밝혔다.

<그림 1> 액체 내의 DNA가 나노터널을 따라서 배열하는 이미지

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계산과학연구센터 문명운 박사 연구팀은 프린스턴大 하워드 스톤(Howard A. Stone) 교수팀과 공동 연구를 통해 ‘액체 표면장력에 의한 나노 주름 형상이 나노터널로 전이되는 현상’을 규명하고 이를 적용하여 ‘DNA 나노선을 만드는 매우 손쉬운 방법’을 제안하였다고 밝혔다. 수 십 나노미터 높이의 나노 주름 위에 물방울과 같은 액체를 올려두게 되면 물방울 주변의 표면장력이 주름의 표면에 작용하여 나노 주름의 입구를 잡아당기며 물이 닿은 주름 안쪽의 단면을 원형 터널에 가깝게 만든다. 특히 친수성을 가지는 나노주름 표면에서 물이 보다 강력한 압축응력을 만들어내게 되어 나노 주름의 깊이가 더욱 깊어지게 되고 그 결과 접힘 구조(folding)의 나노터널이 형성되는 현상이 생긴다. 연구진은 이를 통해 액체의 표면 장력에 의해 고체 표면의 2차원 변형이 가능함을 처음으로 밝혔다.  물 등의 액체 내에 나노입자, 나노와이어와 같은 나노물질이나 DNA 등의 생체 분자물질을 같이 넣고, 나노주름 표면에 떨어뜨리게 되면 물방울과 DNA 등의 물질이 함께 나노터널을 타고 들어가게 된다. 이후 물을 건조, 제거한 뒤에도 함유된 물질은 나노터널이 있었던 곳에 그대로 남아 특정 간격을 유지하면서 DNA로 만들어진 나노와이어가 형성된다. 이와 같이 연구진은 나노터널을 통해 물에 나노 크기의 약물이나 기능성 나노 입자를 혼합하여 나노와이어 형태로 손쉽게 배열하게 할 수 있다는 것을 밝혔다.

<그림 2> 물의 표면장력에 의해서 나노 주름(wrinkle, 중간 아래 이미지)이 나노 접힘(fold, 중간 위 이미지)으로 만들어진 나노 터널 (오른쪽 이미지)로 전이되는 현상에 대한 이미지

KIST 문명운 박사는 “나노 터널의 길이를 수십 마이크로 미터에서 수 밀리미터까지 변화시킴으로써 용액 내에 있는 DNA나 단백질 같은 작은 바이오 물질을 포집 혹은 저장하거나 전달할 수 있는 분야에 응용할 수 있다”라고 말하며, “또한, 나노 형광입자를 배열하는데 중요한 수단으로 활용될 수 있는 등 기존에 접근하기 어려웠던 나노크기의 물질 전달 및 배열이 필요한 다양한 분야에 응용될 것”이라고 말했다. 연구진이 개발한 이 기술은 향후 약물전달 장치나 생체 센서, DNA나 단백질 정밀 분석 등에 활용이 높을 전망이다.

<그림 3> DNA 나노와이어가 형성된 후, 물이 증발되고 DNA나노와이어가 표면에 들어난 AFM 이미지

본 연구는 한국과학기술연구원 미래원천연구 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 미국 국립과학원 회보 'PNAS (Proceedings of National Academy of Sciences, U.S.A.)'온라인 판에 5월 31일(수)자로 실렸다.

 

* (논문명) Spontaneous formation of aligned DNA nanowires by capillarity-induced skin folding
           - (제 1저자) So Nagashima 박사(한국과학기술연구원 계산과학연구센터,  현 오사카 대학교 조교수)
           - (공동 교신저자) Howard A Stone (Princeton University)
                                  문명운 센터장 (한국과학기술연구원 계산과학연구센터)

 

Posted by KIST PR

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