DNA접기로 고흐 걸작품 재현

동전 크기 판 위에 ‘별이 빛나는 밤에’ 복제

과학과 예술이 융합할 수 없다고 주장하는 사람들이 있다. 그러나 이런 사람들은 반드시 과학자들이 제작한 이 작품을 봐야 할 것 같다.

13일 ‘테크타임즈’에 따르면 캘리포니아공과대학(Caltech) 연구팀이 ‘DNA 오리가미(DNA origami)’ 기술을 이용, 동전만한 크기의 반 고흐의 그림 ‘별이 빛나는 밤에(The Starry Night)’를 복원해냈다.

‘DNA 오리가미’란 이중나선형으로 돼 있는 DNA 가닥을 접어 다양한 형상을 만드는 기술이다. 10년 전인 2006년 캘리포니아공과대학에서 컴퓨터과학을 가르치던 폴 로데문트(Paul Rothemund) 교수가 개발한 기술이다.

DNA 나선 접어 새로운 나노구조 제작 

그는 하나의 긴 뼈대 DNA를 여러 개의 짧은 ‘스테이플러’ DNA들을 이용해 종이접기 하듯이 접어서 임의의 형태를 가지는 DNA 기반의 나노구조를 만들어 낼 수 있었다. 이후 과학자들은 이 기술을 적용, 다양한 형태의 3차원 구조물을 만드는데 주력해왔다.

캘리포니아 공과대학의 폴 로데문트 교수팀이 동전만한 크기의 판 위에 복제한 고흐의 '별이 빛나는 밤에' 복제 그림.  'DNA 오리가미' 방식을 적용, DNA를 정교하게 배치해 걸작품의 모습을 재현해내고 있다.

캘리포니아 공과대학의 폴 로데문트 교수팀이 동전만한 크기의 판 위에 복제한 고흐의 ‘별이 빛나는 밤에’ 복제 그림. ‘DNA 오리가미’ 방식을 적용, DNA를 정교하게 배치해 걸작품의 모습을 재현해내고 있다. ⓒPaul Rothemund and Ashwin Gopinath/Caltech

지난 2012년 2월 하버드대 와이스연구소과학자들은 ‘DNA 오리가미’ 기술을 이용해 항암물질을 전달하는 나노로봇을 만들었다고 발표했다. DNA가 암세포 표면에서 발견되는 단백질 같은 특정 분자를 만났을 때 스스로 화학물질을 방출할 수 있도록 했다.​

비슷한 시기 김상욱 KAIST 신소재공학과 교수 연구팀은 ‘DNA 오리가미’ 기술을 적용, 초미세 반도체 회로를 만드는데 성공했다고 발표했다. 2014년 2월에는 독일 뮌헨 종합대학 (LMU) 에서 연구 중인 도재권 씨가 DNA를 접어 다양한 기능성 물질을 만드는 방법을 발표했다.

‘DNA 오리가미’ 기술을 적용, 새로운 시도가 이어지고 있는 가운데 기술 수준도 크게 발전하고 있다. 이 기술을 처음 개발한 캘리포니아공과대학(Caltech)의 폴 로데문트 교수 연구팀은 과학자들이 다양한 유형의 나노구조를 찍어낼 수 있는 비계(scaffold)를 개발했다.

그중에는 성장하는 단백질, 스스로 움직이는 탄소나노튜브, 나노로봇 기술을 적용한 의약품에 이르기까지 다양한 물질들이 포함돼 있다. 7년 전인 2009년 로데문트 교수 연구팀은 IBM과의 공동연구를 통해 또 다른 기술을 개발하고 있다고 밝혔다.

PCC, 양자컴퓨터 제작에 활용할 수 있어 

교수는 새로운 기술을 개발하기 위해 전자빔 리소그래피 기술에 ‘DNA 오리가미’ 기술을 적용하고 있다고 설명했다. 피소그래피란 반도체 집적회로를 만드는 과정에서 다양한 패턴 형성을 위해 사용하고 있는 미세한 음각 기술을 말한다.

이 음각 기술에 ‘DNA 오리가미’ 기술을 결합, 빛의 강도가 다른 형광성 분자들을 적재적소에 배치할 수 있었다. 로데문트 교수는 이렇게 개발된 작은 광원(bulb)들을 PCCs(phototonic crystal cavities)라 칭했다.

PCC는 얇은 유리 멤브레인과 같은 구조를 지니고 있다. 유리 판 위에 벌집처럼 촘촘한 구멍들이 뚫려 있다. 연구팀은 이 구멍을 20나노미터 크기로 제작했으며, 그 안에서 다양한 유형의 형광성 분자의 빛이 발산되도록 했다.

동전만한 크기의 판 위에 고흐의 그림 ‘별이 빛나는 밤에’ 복제 그림이 탄생할 수 있었던 것은 PCC 때문이다. 빛의 강도가 다른 분자들이 판 위에서 다양한 빛을 발산하면서 작은 크기의 판 위에 고흐의 걸작품을 재현할 수 있었다.

연구팀은 현재 이 기술을 컴퓨터 칩 등을 제작하는데 활용할 수 있는 방안을 찾고 있다. 향후 에는 나노 스케일의 컴퓨터는 물론 나노로봇이 들어 있는 의약품 등 광범위한 분야에 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 믿고 있다.

연구팀은 현재 빛 방사물질의 기능을 업그레이드하는데 힘을 쏟고 있다. 지금까지 개발한 형광성 분자는 산소 등에 물질에 반응하는 시간이 45초 정도에 머물고 있다. 또한 빛의 색깔 역시 붉은 색 계통의 색깔 뿐이다.

그러나 발광 시간과 빛의 범위를 확대할 경우 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에서 확대 적용이 가능할 것으로 보고 있다. 과학자들은 ‘DNA 오리기마’ 기술을 활용할 경우 특히 신개념의 IT기술을 다수 개발할 수 있을 것으로 보고 있다.

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