IBS, 스스로 클러치 작동하는 스마트 나노로봇 개발

[이데일리 강민구 기자] 기초과학연구원(IBS)의 천진우 나노의학연구단장 연구팀이 유전자 신호를 감지해 스스로 클러치를 작동하는 생체 나노로봇을 개발했다. 로봇에는 200나노미터(㎚) 크기의 엔진, 로터(회전체), 클러치 등 기계 장치를 탑재해 특정 질병 인자를 감지하고 세포와 결합해 생체 신호를 조절할 수 있다.

천진우 기초과학연구원 나노의학연구단장.(사진=기초과학연구원)

클러치는 기계 엔진을 구동하는 핵심 요소이다. 엔진의 동력을 로터로 전달하거나 차단한다. 클러치 덕분에 필요에 따라 선택적으로 기계를 구동할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다. 자연계의 박테리아도 편모의 운동을 제어하기 위해 생체 클러치를 이용한다고 알려졌다. 하지만 기존 나노로봇은 클러치 기능을 구현하지 못했다.

연구팀은 구조를 설계해 나노로봇에 클러치 장치를 탑재했다. 화학적 합성법을 통해 제작된 나노로봇은 다공성 구형 로터 안에 자성 엔진이 있으며, 로터와 엔진은 각각 DNA로 코팅됐다. 로터 표면 구멍을 통해 환경인자가 내부로 유입돼 특정 유전자 신호를 감지하면 로터와 엔진에 코팅된 DNA 가닥이 서로 결합해 엔진의 힘을 로터로 전달하는 ‘클러치’ 역할을 한다.

클러치 나노로봇 구조와 작동원리.(자료=기초과학연구원)

클러치가 작동하면 엔진에서 발생하는 피코 뉴턴(pN)의 힘이 로터로 전달돼 나노로봇이 헬리콥터의 프로펠러처럼 회전한다. 자성을 가진 엔진을 사용했기 때문에 인체 외부에서 자력을 이용해 무선으로 로봇을 제어할 수 있다.

로봇은 세포와 결합해 생체 신호를 기계적으로 조절할 수도 있다. 질병 인자에 해당하는 특정 마이크로 RNA 유전자가 있으면 클러치 나노로봇이 이를 감지하고 스스로 작동해 세포의 유전자 활성화를 유도한다.

클러치는 20개의 염기서열로 이뤄져 무한대에 가까운 질병 인자를 감지하도록 프로그래밍할 수 있다. 천진우 단장은 “정보의 프로그램화가 가능한 클러치가 구현되었다는 것은 자율주행 자동차처럼 로봇이 스스로 주변을 감지하고 판단할 수 있다는 의미”라며, “머지않아 진단이나 치료에 활용할 수 있는 자율주행 나노로봇이 개발될 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 지난 7일자로 게재됐다.