▲나노 기술은 생명 공학의 미래다(출처=셔터스톡)

노스웨스턴대학 연구팀이 획기적인 방법으로 DNA를 포함시키는 나노 기술에 관한 연구를 발표했다. 이는 새로운 광학 나노 기술을 통해 공상과학 영화에서나 볼 법한 사용자를 보이지 않게 만드는 클로킹 기기와 빛 굴절 기기를 생산하는 기술이다.

나노 기술은 여러 측면에서 생명 공학의 미래다. 이는 물질의 큰 입자는 사람이 쉽게 볼 수 있는 방식으로 행동하기 때문에 예측이 가능하다는 양자 효과 이론에 의한 것이다.

즉, 물질의 입자는 우리가 가장 잘 알고 있는 물리학의 이론대로 움직인다는 의미다. 한편, 나노 크기의 입자는 예측하기가 어렵기 때문에, 그 특성이 강한지 무게가 가벼운지 알 수 없다. 심지어 나노 크기의 수준에서는 물리학 규칙이 동일하지 않기 때문에 예기치 못한 화학 반응을 표출하는 일도 있다.

특히 금의 경우 사람들이 이미 친숙하게 여기는 원소기 때문에 훌륭한 사례가 될 수 있다. 금의 나노 입자는 우리가 생각하는 것보다 빛에 각양각색으로 반응한다. 일반 입자가 움직이는 것과 다른 방식으로 반응하기 때문이다.

나노 크기에서 금은 보라색이나 붉은색으로 보일 수 있다. 움직임 측면에서 금의 나노 입자는 종양 안에서 선별적으로 모인 것을 확인할 수 있다. 학계에서는 나노 입자가 일반적인 물리학 수준과는 다르게 움직이기 때문에 아직 정확한 이유를 발견하지 못했다고 설명한다. 하지만 나노 입자에 관해 완벽하게 이해하지 못하고는 나노 기술의 장점만을 활용할 수 없는 상황이다. 예를 들어 전문가들은 나노 기술을 활용해 표적 종양을 정확하게 이미지화하고, 레이저를 사용해 제거할 수 있다.

최근 나노 기술은 다양한 산업 분야에서 활용되고 있다. 나노기술정보 웹사이트 나노테크프로젝트닷컴은 오늘날 시장에서 나노 기술을 활용해 출시된 상품이 1,600종이 넘는다고 발표했다.

해당 상품은 전자기기에서부터 의류, 에너지, 화장품, 식품, 심지어 자외선 차단제까지 다양하다. 그 중에서도 선두적인 개발 분야는 생물 의학이다. 현재 부러지거나 손실된 뼈 위치에 이식할 수 있는 합성 뼈를 세공하기 위해 나노 기술을 활용하고 있다. 또한 나노 크기 은과 금도 사용되고 있으며, 나노 은은 항세균제 성분으로 활용한다.

나노 기술 분야에는 노스웨스턴대학 연구진이 대거 포진해 있다. 그들은 DNA를 기본 도구로 사용하고 있으며, 여러 형태와 크기의 복잡한 구조의 구성 요소로 금 나노 입자를 활용했다.

연구진은 이 같은 방식으로 광학적으로 활성화된 초격자 구조를 만들었다. 초격자 구조는 색 스펙트럼에 있는 그림자를 반영하는 DNA 패턴과 염기서열을 사용해 프로그램 할 수 있는 구조다.

노스웨스턴대학 화학과 채드 A. 머킨 교수는 "신소재를 고안할 때 구조는 전체를 의미한다"며 "우리는 거대한 면적에서 입자 구조를 정교하게 통제할 수 있는 새로운 방법을 고안했다"고 설명했다.

그는 이어 "화학자와 물리학자들은 흥미로운 모든 특성을 가진 새로운 구조를 무한하게 만들 수 있을 것"이라며 "하지만 이 구조는 기존의 기술로는 만들 수 없다"고 덧붙였다.

부분적으로 하향식 인쇄법을 바탕으로 한 초격자 구조는 컴퓨터 칩을 생산하는 오래된 제작 방법뿐만 아니라 DNA를 기반으로 프로그램 할 수 있는 자기 조립 신기술을 포함하고 있다.

연구팀은 특별한 가시광선 파장을 흡수하는 나노 입자의 초격자 구조를 확인하기 위해 광분광학을 사용했으며, 수차례 모의실험을 실시했다. 이후 시행착오를 거치면서 색에 반응하는 나노 입자의 복합한 조합을 확인했다.

머킨 교수는 "이 방법으로 특수한 나노 크기 수술로 DNA를 수정할 수 있는, 광학적으로 활성화된 금이나 은, 기타 물질 등 입자의 주기적 격자를 만들 수 있다"고 밝혔다.

▲나노입자들(출처=위키미디어 커먼스)

한편, 세계보건기구(WHO)는 맹인이 되는 주요 이유를 각막 질환 때문이라고 발표했다. 현재 전 세계의 약 3,000만 명 사람들이 이로 인해 고통을 겪고 있다.

이스라엘 스타트업인 코니트 비전 기업이 빛을 실제로 인지하는 위치인 각막에 광학을 사용하는 나노 기술을 도입했다.

나노 기술은 현재 다각도에서 활용되고 있으며 그 용도도 입증됐다. 이는 인공 각막 이식 같은 초기 단계 안과 수술 기기에도 도입됐다. 이미 동물 테스트 결과를 발표됐으며, 맹인과 시각 손상을 입은 사람들을 위한 상당히 효과적이며 획기적인 기술로 인정받고 있다.

코니트 비전 알모그 알레이 라즈는 "이전 수술 기계와는 달리, 코니트의 이식술은 섬유와 세포가 풍부한 결막으로 진행되기 때문에 회복도 빠르고 장기적으로 예후가 좋다"며 "나노 기술 이식수술은 30분 만에 진행할 수 있다"고 전했다.

이 회사는 올해 안에 인공 각막 이식술을 공개 발표할 것이며, 미국에서 규모가 큰 임상시험을 실시할 계획이다.

[researchpaper 리서치페이퍼=심현영 기자]

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