EU 연구원들은 DNA 종이접기 기술을 사용하여 나노터빈을 설계함으로써 미래 나노기계의 모습을 보여줌
- 회전 모터는 풍차에서 비행기에 이르기까지 다양한 기계에 응용되고 있는 등 한 유형의 에너지를 다른 유형의 에너지로 변환하는 데 중요한 역할을 함
- 우리 몸에서 에너지 전환 작업은 우리 세포에서 발견되는 ATP 합성효소라고 불리는 단백질과 같은 나노규모 터빈에 의해 수행
- 역사를 통틀어 인류는 거시적 규모에서 다양한 크기의 회전 엔진을 만드는 데 성공했으나, 자연의 정교한 생물학적 모터를 나노 규모로 복제하는 것은 여전히 도전과제로 남아있음
- EU가 지원하는 LoopingDNA 및 DNA Origami Motors 프로젝트의 연구는 이른 현실로 만들 수 있는 길을 제시
Nature Nanotechnology 저널에 게재된 이들의 연구는 3개의 키랄 블레이드를 갖춘 합리적으로 설계된 나노 크기의 DNA 종이접기 터빈을 실험적으로 시연하는 데 성공
- 연구팀의 나노터빈은 회전 방향을 제어하기 위해 오른손잡이 또는 왼손잡이 방식으로 구성된 블레이드가 있는 DNA 재료로 만들어진 직경 25나노미터의 회전자를 갖고 있음(델프트공대 연구 책임자 Xin Shi 박사, LoopingDNA 프로젝트 코디네이터)
- 작동하기 위해 이 구조는 얇은 막에 있는 작은 구멍인 나노기공으로부터 전기장이나 염분 농도 차이에 의해 제어되는 강한 물 흐름에 도킹되며, 연구팀은 터빈을 사용하여 단단한 막대를 초당 최대 20회전까지 구동하였음(네덜란드의 EurekAlert! 보도자료)
인공 나노터빈은 생리학적 조건하에서 자율적으로 작동하여 자연적으로 풍부한 전기화학적 전위의 에너지를 기계적 작업으로 변환
- EurekAlert! 보도자료에 따르면 DNA 종이접기 나노터빈은 용액의 Na+ 이온 농도에 따라 시계 방향 또는 반대 방향으로 회전하며, 나노 규모 영역에서만 볼 수 있는 이 독특한 특징은 이온, 물, DNA 사이의 복잡한 상호 작용에서 비롯
- 이러한 기능은 많은 새로운 응용의 길을 열어주며, 과학자들은 언젠가 DNA 종이접기를 사용하여 인체의 특정 유형의 세포에 약물을 전달하는 나노기계를 만들 수 있을 것
연구원들은 흐름 구동 나노로터에 대한 이전 연구를 바탕으로 설계와 작동을 완전히 제어할 수 있는 터빈을 만듦
- “우리는 나노 기공에서 물과 염분을 사용하여 나노 규모 로터를 추진하는 기본 원리를 밝혔다 … 이전 논문의 기본 원리와 이번 논문의 혁신이 결합되어 생물학적 모터에 사용되는 필수 에너지원인 염분 구배에서 에너지를 활용할 수 있는 잠재력을 지닌 생체 모방 막횡단 기계의 미래를 위한 발판을 마련했다.“(Shi 박사)
① LoopingDNA 프로젝트
- 펀딩 : 유럽연구위원회(ERC)
- 기간 : 07.01.~2025.06.30.
- 예산 : 약 250만 유로 (EU 지원 100%)
- 총괄 : TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT (네덜란드)
② DNA ORIGAMI MOTORS 프로젝트
- 펀딩 : 유럽연구위원회(ERC)
- 기간 : 05.01.~2022.04.30.
- 예산 : 약 200만 유로 (EU 지원 100%)
- 총괄 : TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN (독일)
