나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 산하 "국가 나노 과학 센터"의 딩바오취안(丁寶全) 연구원 연구팀은 DNA 자가 조립 구조로 조정 제어할 수 있는 패턴화 이산화 실리콘 위치 확정 합성 관련 연구를 실행하고 혁신적 연구 성과를 취득함.

이산화 실리콘은 자연계의 무기 비(非) 금속 소재로서 생물 광물화 및 나노 소재 개발 분야에서 폭넓게 응용되고 있는데 "어떻게 하면 특정 사이즈를 보유한 동시에 형태에 대해 제어 가능한 이산화 실리콘 나노 구조를 개발할 것인가"는 나노 과학 분야 난제 중의 하나가 되고 있음. DNA 자가 조립 구조는 강한 프로그래밍 특성과 정밀한 위치 확정 수정 특징을 가지고 있기 때문에 이산화 실리콘 나노 구조를 개발할 수 있는 유력한 도구가 될 수 있음.

이미 알려진 DNA를 템플릿으로 이용하여 이산화 실리콘 나노 구조를 유도 합성하는 방법은 DNA 구조 표면의 전하를 띤 인산 프레임워크와 정전기 전하를 띤 실록산(siloxane) 전구체 상호 역할을 이용하여 전구체로 하여금 DNA 구조 프레임워크 혹은 표면 물 분해를 따라 최종적으로 전체 DNA 나노 구조 표면을 코팅하는 이산화 실리콘 구조를 형성할 수 있도록 함.

이런 전체 코팅 방법은 DNA 구조로 하여금 중요한 표면 위치 확정 기능 수정 특징이 없어지게끔 하며, 후속 다중 그룹 복잡 구조 구축을 매우 어렵게 변화시키기 때문에 "어떻게 하면 자가 조립 구조 표면 이산화 실리콘에 대한 제어 가능한 위치 확정 합성을 실현할 것인가"라는 과제는 중요한 도전적 과제가 되고 있는 상황임.

딩바오취안(丁寶全) 연구원 연구팀은 DNA 자체 조립 구조 표면 지정 위치 점의 분자 간 역할을 조정 제어하는 방법을 통해 2차원 금속 시트, 금속 및 금속 산화물 패턴에 대한 제어 가능한 배열과 배치를 실현하는데 성공하였으며, 동 연구개발 성과를 기반으로 하여 연구팀은 일종 완전히 새로운 이산화 실리콘 제어 가능 위치 확정 합성 전략을 제시하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 DNA 나노 구조 표면에 밀착 퇴적된 DNA 이중 나선 배열에 비해 표면에 연장된 DNA 이중 체인은 더욱 높은 구조 효율성 및 비교적 낮은 국지 양이온 농도를 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 더욱 쉽게 정전하를 띤 실록산(siloxane) 전구체와의 결합을 실현할 수 있다는 점을 발견하였음.

연구팀은 이런 특성을 이용한 동시에 DNA 자체 조립 구조 표면의 특정 위치 점에서 연장된 DNA 이중 체인을 통해 실록산(siloxane) 전구체로 하여금 연장된 이중체인 및 DNA 나노 구조 템플릿 분자 간의 역할 차이를 발생시키게끔 한 동시에 표면 인터페이스 화학 반응 조건으로 정밀 조정을 하여 이산화 실리콘에 대한 선택적 성장을 이중체인에 연장시켰으며, 이 과정에서 DNA 나노 구조 템플릿을 포함시키지 않는데 성공하였음.

연구팀이 사용한 방법은 DNA 자가 조립 구조의 특정 위치 수정 특징을 충분히 이용할 수 있기 때문에 이산화 실리콘 나노 구조의 특정 위치 성장을 실현할 수 있으며, 이산화 실리콘 나노 구조가 형성된 후 DNA 템플릿 표면이 이산화 실리콘 합성 위치 점에 참여하지 않아도 여전히 특정 위치 기능화 수정 특징을 보유하고 있는 것으로 나타났음.

연구팀은 이런 특징을 이용하여 이산화 실리콘 패턴 주변의 금 나노 입자의 특정 위치 조립을 실현하였는데 이런 방법은 여러 개 기능 그룹과 무기 비(非) 금속 나노 소재 복합 구조에 대한 제어 가능한 제조에 사용할 수 있으며, 연구팀은 이번 연구를 통해 향후 복잡한 나노 기능 시스템 개발을 위한 과학적 기반을 구축하였음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’ ("Site-specific Synthesis of Silica Nanostructures on DNA Origami Templates")지에 게재됨.