나노기술 및 정책 정보

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호주의 뉴사우스웨일스 대학교(University of New South Wales) 연구팀은 소위 DNA 나노봇(DNA 구성 요소에서 스스로 조립되는 구조)의 크기를 제어하는 과정에서 주요 설계 과제를 극복했음. 자기 조립형 나노로봇은 공상 과학 소설처럼 들릴지 모르지만 DNA 나노 기술에 의한 새로운 연구로 현실에 한 걸음 더 가까워졌음. 미래의 나노봇 사용 사례는 작은 규모로만 전개되는 것이 아니라 상처 치유 및 동맥 막힘 해제와 같은 건강 및 의료 분야의 더 큰 응용 프로그램을 포함하게 될 것임. 연구팀은 영국의 공동연구팀과 함께 금형이나 템플릿이 없는 상태에서 자가 조립 나노봇의 길이를 제어하는 방법에 대해 새로운 설계 이론을 발표했음. 통상 원하는 최종 제품의 구성 요소를 수동으로 조립하여 구조를 구축함. 부품이 크면 매우 쉽게 구축할 수 있지만 점점 작아질수록 이를 수행하기가 더 어려워지게 됨. 의학 연구자들은 이미 작은 전기 부품을 배치하거나 암세포에 약물을 전달하는 것과 같은 아주 작은 크기의 작업을 수행하도록 프로그래밍할 수 있는 나노 규모의 로봇을 만들 수 있음. 연구팀은 DNA와 같은 생물학적 분자를 사용하여 이러한 나노 로봇을 만들 수 있음. 분자 자체 조립이라고 하는 과정에서 작은 개별 구성 요소가 더 큰 구조로 조립됨. 자체 조립을 사용하여 조립할 때의 과제는 원하는 구조를 조립하기 위해 빌딩 블록을 프로그래밍하는 방법을 파악하고 구조가 길거나 충분히 높을 때 멈추도록 하는 것임. 이 과제를 위해 UNSW 연구팀은 PolyBricks라고하는 DNA 서브 유닛을 합성하여 설계를 구현했음. 자연계에서와 같이 빌딩 블록은 각각 마스터플랜으로 인코딩되어 미리 정의된 세트 길이의 구조로 조립됨. 연구팀은 PolyBricks를 공상과학 영화 Big Hero Six의 마이크로봇에 비유함. 여기서 마이크로봇은 다양한 형태로 자체 조립됨. 영화에서 궁극의 로봇은 원하는 최종 형태로 자가 조립하도록 지시할 수 있는 동일한 서브 유닛 무리임. 저자는 건축된 구조의 치수를 제어하기 위해 변형 축적이라는 설계 원리를 사용했음. 각 블록을 추가할 때마다 변형 에너지가 PolyBrick 사이에 축적되어 궁극적으로 에너지가 너무 커서 더 이상 블록을 결합할 수 없게 됨. 이 지점에서 서브 유닛이 조립을 멈추게 되는 것임. 최종 구조의 길이(예 : 함께 결합 된 PolyBrick의 수)를 제어하기 위해 연구팀은 DNA 설계의 서열을 수정하여 각각의 새로운 블록에 추가되는 변형의 양을 조절했음. 연구팀의 이론은 연구자들이 변형 축적을 사용하여 개방형 자체 조립의 글로벌 차원을 제어하는 다른 방법을 설계하는 데 도움이 될 수 있음. 연구팀은 이 메커니즘이 자체 조립 단위를 사용하여 더 복잡한 모양을 인코딩하는 데 사용될 수 있음을 제안함.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ (“Self-Limiting Polymerization of DNA Origami Subunits with Strain Accumulation”) 지에 게재됨