본문 바로가기 대메뉴 바로가기

나노안전성 기술지원센터

소식

[미세 플라스틱 및 나노 입자] DNA 오리가미 기술, 차세대 나노구조 제작의 혁신적 도구로 부상

작성일 2024.12.04 조회수 385

DNA 오리가미(DNA Origami)가 차세대 나노구조 제작 기술로 주목받고 있다. DNA의 상보적 염기쌍 결합 특성을 활용한 이 기술은 나노미터 크기의 3D 구조를 제작할 수 있는 혁신적인 방법으로, 높은 설계 유연성과 병렬 조립 능력을 기반으로 다양한 분야에서 응용 가능성을 제시하고 있다.

1959년 리처드 파인만(Richard Feynman)의 강연 "There's Plenty of Room at the Bottom"을 계기로 나노 및 분자 수준에서의 구조 설계가 본격화되었으며, 이러한 연구는 DNA 오리가미 기술로 이어졌다. DNA 오리가미는 자가조립(self-assembly) 방식을 통해 거의 모든 형태의 나노구조물을 제작할 수 있는 차세대 나노기술로 평가받고 있다.

 

 

DNA 오리가미 기술의 원리 조립 방식

DNA 오리가미는 긴 주형 DNA(scaffold)와 짧은 스테이플 DNA(staple)를 결합해 원하는 형태로 자가 조립하는 기술이다. 소프트웨어로 설계된 서열 정보를 바탕으로 간단한 혼합과 온도 조절 과정만으로 대량의 나노구조물을 제작할 수 있어 효율성과 정밀성이 뛰어나다. 특히, 이 기술은 기존 리소그래피나 화학 합성 방식으로는 한계가 있었던 수십 나노미터 단위에서의 정밀한 제어를 가능하게 한다. 단일 샘플에서 약 10조 개 이상의 나노구조체를 생산할 수 있어 대량 생산에도 적합한 것으로 평가된다.

 

 

응용 사례

DNA 오리가미는 진단, 치료, 광학, 전자 기술 등 다양한 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 보여주고 있다. 진단 분야에서는 플라즈모닉 금 나노입자를 효율적 배열을 통해 기존 면역측정법(lateral flow immunoassay)의 민감도를 50배까지 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 극미량의 바이오마커(picomolar 단위)도 탐지가 가능하다. 치료 분야에서는, 특정 항체를 탑재한 DNA 오리가미가 바이러스 표면에 결합해 캡시드(capsid)를 형성, 바이러스를 비활성화하는 방식으로 항바이러스제로 개발될 가능성을 열고 있다.

광학기술에서도 나노구조를 이용해 포토닉 밴드갭(photonic band gap)을 형성함으로써 특정 파장의 빛을 차단하거나 반사하는 고급 광학 소자를 제작할 수 있다. 이는 광학 컴퓨팅, 고효율 광전지, 양자 소자와 같은 첨단 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.

더 나아가, DNA 오리가미는 금속 나노입자, 형광체, 단백질 등의 기능성 분자를 정밀하게 배치해 단분자 센서나 나노모터 같은 차세대 나노전자 소자를 제작하는 데도 활용될 수 있다. 이러한 응용 가능성은 DNA 오리가미가 다양한 산업 분야에서 새로운 기술적 도약을 이끌 핵심 플랫폼임을 보여준다.

 

 

DNA 오리가미 기술의 상업적 도약, 비용 절감이 핵심

DNA 오리가미 기술이 상업적 활용으로 도약하기 위해 가장 큰 과제는 DNA 합성 비용이다. 바이오리액터를 활용한 DNA가닥의 대량생산 기술이 주목받고 있으며, 상용화될 경우 생산 비용이 현재 대비 1000배 이상 절감될 것으로 전망된다. 또한, 100% 순수 DNA 오리가미 조립체를 고효율로 생산하는 자동화 라인이 구축된다면 상업적 활용이 본격화될 것으로 기대된다.

 

 

한계와 전망

상업화를 위해서는 고순도 조립체 제작 및 복합 초구조 개발을 위한 지속적인 연구가 필요하며, 연구자와 산업계 간 협력과 투자 확대가 필수적이다. 이러한 과제를 해결한다면  DNA 오리가미는 진단, 치료, 광학, 전자 분야에서 획기적인 기술 진보를 이끌 차세대 나노 기술의 핵심 플랫폼으로 자리 잡을 것으로 예상된다.

 

 

출처: EUON