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박테리아와 자석 입자로 나노 변신 로봇 개발... 고성능 약물 전달체 활용 기대

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2017년 11월 01일 11:00 프린트하기

 

장티푸스을 일으키는 살모넬라 균 - 독일 막스플랑크연구소 제공
장티푸스을 일으키는 살모넬라 균 - 독일 막스플랑크연구소 제공

 

길이가 머리카락 굵기의 50분의 1에 불과할 정도로 작지만, 혈액 안의 환경에 따라 추진 세기를 바꿀 수 있는 정교한 초소형 ‘나노 변신 로봇’이 한국인 로봇 공학자에 의해 개발됐다. 몸 속 구석구석에 약물을 실어 공급하는 차세대 약물전달체로 활용할 수 있을 전망이다.


김민준 미국 서던메소디스트대 기계공학과 석좌교수는 박테리아가 물 속에서 헤엄칠 때 이용하는 추진 기관인 ‘편모’를 분리, 정제해 여기에 자성을 띠는 나노 입자를 붙인 새로운 수중 추진체 개발에 성공해 그 결과를 학술지 ‘사이언티픽 리포트’ 10월 일자에 발표했다.

 

편모는 일부 박테리아가 가진 긴 꼬리 모양의 기관으로, 마치 모터처럼 생긴 기관을 통해 몸체와 연결돼 있다. 박테리아는 움직일 때 편모를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시켜 추진력을 얻는다. 온도나 산성도 등 환경이 변하면 편모의 모양이나 회전 방향을 바꿔 움직임의 방향을 조절할 수도 있다.

 

지금까지 여러 공학자들이 박테리아의 편모를 이용한 나노 로봇에 도전했다. 하지만 편모를 이용해 추진력을 얻는 데 성공했을 뿐 원하는 대로 속력을 바꾸는 나노 로봇은 없었다. 김 교수팀은 장티푸스 균의 일종인 살모넬라(위 사진)에서 편모를 분리한 뒤 열로 녹였다가 다시 식혀 인공 편모를 만들었다. 그 뒤 지름 40~400㎚(나노미터, 10억 분의 1m) 크기의 나노 자석 입자에 스트렙타비딘이라는 물질을 코팅하고, 이 물질과 마치 풀처럼 잘 결합하는 물질을 이용해 편모와 입자를 결합시켰다.

 

김민준 미국 서던메소디스트대 기계공학과 석좌교수팀이 개발한, 나노 자석 입자와 박테리아 편모가 결합한 나노 추진 로봇 - 사이언티픽 리포트 제공
김민준 미국 서던메소디스트대 기계공학과 석좌교수팀이 개발한, 나노 자석 입자와 박테리아 편모가 결합한 나노 추진 로봇 - 사이언티픽 리포트 제공

연구팀은 이렇게 만든 나노 로봇에 형광물질을 붙인 뒤 자기장을 가해 움직임을 관찰했다. 그 결과, 1초에 나노 로봇 자체 몸 길이의 수십 배에 이르는 수 (마이크로미터, 100만 분의 1m)의 속력으로 이동했다. 특히 편모는 주변 조건에 따라 용수철처럼 심하게 꼬인 모양이나 구불구불하게 휜 모양 등으로 형태가 변했는데, 이에 따라 추진 속도를 바꿀 수 있었다.

 

연구팀은 “환경에 따라 환경을 인식하고 가장 적합한 형태로 스스로 변화해 정해진 위치나 경로에 약물을 전달할 수 있다”며 “추진력이 강해 표적 세포를 뚫을 수 있는 등 약물 전달 효율도 탁월하다”고 밝혔다.

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