[이코노미톡뉴스=배만섭 기자] 건국대학교 박기수 교수와 카이스트(KAIST) 박현규 교수 연구팀이 DNA를 이용해 꽃 모양의 나노입자를 합성하는 기술을 개발했다.

촉매/전자기술/분석화학 분야 활용 가능

'나노 꽃(nanoflowers)'이라 불리는 꽃 모양의 나노 구조체는 표면이 거칠고 표면적이 넓어 촉매, 전자기술 및 분석 화학 등 여러 분야에 널리 쓰인다. 이 기술은 아민과 아마이드 구조를 포함한 DNA와 구리 이온의 상호작용을 기반으로 개발됐으며 이를 이용해 환경 친화적 조건에서 DNA를 고농도로 포집한 꽃 모양의 나노 구조체를 합성하는 데 성공했다.

건대 생물공학과 신임교수로 초빙된 박기수 교수가 제1저자인 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 글로벌프론티어 지원사업으로 수행됐으며 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 국제 학술지 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 B(Journal of Materials Chemistry B)’ 2017년 제12호 표지논문으로 선정됐다.

효과적인 DNA 포집 문제 해결

최근 단백질을 이용한 유·무기 복합 나노 꽃 제작이 높은 활성과 안정성·내구성을 지니고 있다는 장점이 있지만, 일반적인 단백질 나노 꽃 합성으로는 고온에서 열수 처리를 통해야만 가능했기 때문에 DNA를 효과적으로 포집하지 못한다는 단점도 지니고 있었다.

이에 연구팀은 이와같은 문제의 해결을 위해 생체 고분자 물질인 핵산(DNA, RNA)이 아마이드 결합 및 아민 구조를 지닌다는 사실에 주목해 아마이드 결합 및 아민 그룹 내 질소 원자들이 구리 이온과의 상호 작용을 통해 복합체를 만들고 꽃 모양의 나노입자를 형성하는 것을 발견했다. 이를 통해 단백질 기반의 나노 꽃 제작 원리를 바탕으로 핵산을 이용한 유·무기 복합 나노 꽃 구조물 제작이 상온의 친환경적 조건에서 가능함을 증명한 것이다.

친환경 제작 가능, 높은 저항성 증명

이번에 개발된 DNA 기반 나노 꽃 구조물은 유해한 화학물질 없이도 친환경 제작이 가능하고 낮은 세포독성을 갖는 장점을 지녔다. 또한 고효율의 DNA 포집이 가능하고 나노 꽃 내부에 포집된 DNA는 핵산 분해효소에 대해 높은 저항성을 보임을 증명했다. 특히 연구팀은 합성된 나노 꽃 입자의 넓은 표면적이 입자 내부 구리의 과산화효소 활성을 크게 향상시킴을 발견했고 이를 과산화수소를 검출하는 센싱 분야에도 활용 가능할 것으로 예상하고 있다.
이에 따라 연구팀은 향후 다양한 핵산을 이용해 나노 꽃 입자를 합성하고 이를 유전자 치료 및 바이오센서 개발에 응용할 예정이다.