고의관 한국기초과학지원연구원 책임연구원
나노기술과 바이오 기술은 본질적으로 서로 독립적인 영역에서 발전을 거듭해 왔다. 그러나 최근 들어 이러한 상황은 조금씩 변화되면서 몇몇 연구자들이 바이오 물질을 나노공정과정에 접목시키는 융합 연구를 진행하고 있다. 두 기술을 융합하는 연구가 어떠한 매력이 있기에 그럴까?
이젠 웬만한 일반인들도 나노에 대해 충분히 인지하고 있을 정도로 `나노'라는 용어는 보편적으로 사용되고 있다. 그렇다면 나노기술은 무엇을 뜻하는 것일까? 나노과학의 창시자인 에릭 드렉슬러의 말에서 그 의미를 읽을 수 있다. "나노기술은 원자 하나하나를 조작하는 원리로 물질의 구조를 분자단위에서 조정하는 것이다. 이는 원자 하나까지 정밀하게 구축된 분자체계를 가능하게 해 줌으로써 다양한 나노머신을 생산할 수 있다는 것을 의미한다."
즉, 나노기술은 인간이 물질을 마음대로 조절하기 위함을 목적으로 한다고 할 수 있다. 그러면 나노의 세계는 어떤 형태일까? 인간은 육안으로는 관측하기 어려운 세계에 대한 호기심을 오래 전부터 갖고 있었으며 지금도 이러한 마음은 여전하다. 이처럼 육안으로 볼 수 없는 세상을 보고자 하는 인간의 호기심과 욕구를 충족시켜 주기 위해 탄생한 것이 광학현미경이다.
그러나 광학현미경이 가지고 있는 기본적인 한계를 넘어 더 작은 원자의 세계까지 보고 싶은 욕구에 의해 개발된 것이 바로 전자현미경이다. 전자현미경은 원자를 직접 보며 세는 것을 가능하게 해 준 현미경이라 할 수 있다.
또 하나의 현미경으로 탄생한 것이 주사프로브현미경(SPM)으로, 대표적인 것으로 원자간력현미경(AFM)과 주사터널링현미경(STM) 등이 있다.
원자간력현미경은 캔털레버에 고정된 대략 2마이크로미터 길이의 예리한 팁을 이용해 재료의 표면 위를 이동하면서 팁과 원자 사이의 힘을 측정해 표면형태의 이미지를 형성해 주는 원리이다. 반면 주사터널링현미경은 팁에 전압을 걸어주어 전류의 세기를 측정하는 방법을 이용한 것으로, 원자 단위의 해상도로 표면의 실제 공간 이미지를 보여주는 장치다.
또한 주사터널링현미경은 팁에 걸린 전압을 이용하여 마치 핀셋처럼 분자나 원자를 집어 올릴 수 있다. 개별원자를 들어 올리고 그들을 증착해 마치 레고를 사용해서 구조물을 조립하듯이 사용자가 원하는 형태로 마음대로 제작할 수 있게 해 준다.
이처럼 바이오기술을 나노기술과 융합하려는 연구는 생물이 가지고 있는 기본원리를 이용해서 접근하는 것이라고 할 수 있다. 생물학은 몇 개의 기본적인 구성요소들로 보다 복잡한 구조를 스스로 자기 조립해 낼 수 있기도 하다.
그리고 이들 구조가 보다 정교하고 복잡한 구조를 이루며 이들로부터 나노단위의 장치에서 거대한 조직까지 만들어 낼 수 있다. 이에 대한 예를 든다면 F1-ATPase 복합체는 직경이 12nm 이고 초당 17번의 회전속도를 지닌 나노크기의 모터로써 유체의 흐름을 제어하는 소자 등 다양한 분야의 응용에 활용될 것으로 큰 기대를 모으고 있기도 하다.
나노기술과 바이오 기술은 본질적으로 서로 독립적인 영역에서 발전을 거듭해 왔다. 그러나 최근 들어 이러한 상황은 조금씩 변화되면서 몇몇 연구자들이 바이오 물질을 나노공정과정에 접목시키는 융합 연구를 진행하고 있다. 두 기술을 융합하는 연구가 어떠한 매력이 있기에 그럴까?
이젠 웬만한 일반인들도 나노에 대해 충분히 인지하고 있을 정도로 `나노'라는 용어는 보편적으로 사용되고 있다. 그렇다면 나노기술은 무엇을 뜻하는 것일까? 나노과학의 창시자인 에릭 드렉슬러의 말에서 그 의미를 읽을 수 있다. "나노기술은 원자 하나하나를 조작하는 원리로 물질의 구조를 분자단위에서 조정하는 것이다. 이는 원자 하나까지 정밀하게 구축된 분자체계를 가능하게 해 줌으로써 다양한 나노머신을 생산할 수 있다는 것을 의미한다."
즉, 나노기술은 인간이 물질을 마음대로 조절하기 위함을 목적으로 한다고 할 수 있다. 그러면 나노의 세계는 어떤 형태일까? 인간은 육안으로는 관측하기 어려운 세계에 대한 호기심을 오래 전부터 갖고 있었으며 지금도 이러한 마음은 여전하다. 이처럼 육안으로 볼 수 없는 세상을 보고자 하는 인간의 호기심과 욕구를 충족시켜 주기 위해 탄생한 것이 광학현미경이다.
그러나 광학현미경이 가지고 있는 기본적인 한계를 넘어 더 작은 원자의 세계까지 보고 싶은 욕구에 의해 개발된 것이 바로 전자현미경이다. 전자현미경은 원자를 직접 보며 세는 것을 가능하게 해 준 현미경이라 할 수 있다.
또 하나의 현미경으로 탄생한 것이 주사프로브현미경(SPM)으로, 대표적인 것으로 원자간력현미경(AFM)과 주사터널링현미경(STM) 등이 있다.
원자간력현미경은 캔털레버에 고정된 대략 2마이크로미터 길이의 예리한 팁을 이용해 재료의 표면 위를 이동하면서 팁과 원자 사이의 힘을 측정해 표면형태의 이미지를 형성해 주는 원리이다. 반면 주사터널링현미경은 팁에 전압을 걸어주어 전류의 세기를 측정하는 방법을 이용한 것으로, 원자 단위의 해상도로 표면의 실제 공간 이미지를 보여주는 장치다.
또한 주사터널링현미경은 팁에 걸린 전압을 이용하여 마치 핀셋처럼 분자나 원자를 집어 올릴 수 있다. 개별원자를 들어 올리고 그들을 증착해 마치 레고를 사용해서 구조물을 조립하듯이 사용자가 원하는 형태로 마음대로 제작할 수 있게 해 준다.
이처럼 바이오기술을 나노기술과 융합하려는 연구는 생물이 가지고 있는 기본원리를 이용해서 접근하는 것이라고 할 수 있다. 생물학은 몇 개의 기본적인 구성요소들로 보다 복잡한 구조를 스스로 자기 조립해 낼 수 있기도 하다.
그리고 이들 구조가 보다 정교하고 복잡한 구조를 이루며 이들로부터 나노단위의 장치에서 거대한 조직까지 만들어 낼 수 있다. 이에 대한 예를 든다면 F1-ATPase 복합체는 직경이 12nm 이고 초당 17번의 회전속도를 지닌 나노크기의 모터로써 유체의 흐름을 제어하는 소자 등 다양한 분야의 응용에 활용될 것으로 큰 기대를 모으고 있기도 하다.
