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LCD처럼 작동하는 DNA디스플레이 가능성 열었다

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LCD처럼 작동하는 DNA디스플레이 가능성 열었다

2019.06.18 11:30
연구를 주도한 윤동기 교수와 김형수 교수, 박순모 연구원(왼쪽부터). KAIST 제공.
연구를 주도한 윤동기 교수와 김형수 교수, 박순모 연구원(왼쪽부터). KAIST 제공.

생체 유전정보를 저장하는 DNA를 디스플레이 소재로 활용할 수 있는 가능성이 제시됐다. 생체적합도가 높아 부착형 디스플레이 등에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 

 

KAIST는 윤동기 화학과 교수와 김형수 기계공학과 교수 공동연구팀이 마이크로 규모의 DNA 2차원 마이크로패치 구조체를 제작하고 이를 제어, 응용하는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 

 

유전 정보를 저장하는 DNA는 이중나선 구조와 나노미터 크기의 규칙적인 패턴을 갖고 있기 때문에 소재로 활용하기는 쉽지 않다. 원하는 소재를 만드는 데 있어서 다른 소재와 일반적인 합성방법으로 구현하기 힘든 정밀한 재료이기 때문이다. 정밀한 기술을 활용해 DNA 합성 등을 시도해왔지만 실제로 응용하는 데는 어려움이 있었다. 

 

연구팀은 커피가 종이가 떨어지고 물이 마르면 동그랗게 환 모양이 생기는 이른바 ‘커피링 효과’로 불리는 현상을 DNA 수용액에 적용해 DNA 기반 마이크로패치를 제작하는 데 성공했다. 

연구팀은 재료로서의 DNA 한계를 극복하기 위해 연어에서 추출한 DNA 물질을 이용해 저렴한 비용으로 잘 정렬된 뜨개질 혹은 아이스크림콘 모양의 기존에 없었던 마이크로패치 구조체를 센티미터 크기의 대면적에서 구현했다. 

 

연구팀은 DNA가 물에 녹으면 마치 물풀처럼 끈적해지면서 서로 적당한 힘으로 끌어당기며 일정한 방향으로 정렬하는 ‘액정상’을 보인다는 점에 주목했다. 액정표시장치(LCD)에서 액정 분자들이 전기장을 통해 방향성이 제어되는 것처럼 수용액 상태의 DNA 액정상이 두 기판 사이에서 문질러지며 물이 증발할 때 DNA 나노 구조체들이 원하는 방향으로 정렬되는 것이다. 

 

연구팀은 또 금 나노막대와 같은 ‘플라즈몬 공명’ 현상을 보이는 소재와 결합시켜 디스플레이 소자로 응용했다. 플라즈몬 공명은 금속으로 만들어진 기판에 빛을 쪼일 때 표면 위에서 전자가 일정하게 진동하며 전자 자신의 에너지와 일치하는 빛에만 반응하는 현상으로 특정한 색만 반사해 선명도와 표현력을 높이는 데 활용된다. 

 

이 때 금 나노막대가 한 방향으로 나란히 정렬될 때 광학 및 전기적 특성이 극대화되는데 연구팀은 DNA 마이크로패치를 틀로 삼고 금 나노막대들을 독특한 형태로 정렬해 플라즈몬 공명 기반 컬러 기판을 제작하는 데 성공했다. 

 

윤 교수는 “DNA 기반 구조체로 광학소재 및 복합체를 만들 수 있다는 사실을 보여준 것”이라며 “자연계에 존재하는 DNA를 디스플레이 관련 분야 신소재로 응용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

 

연구에 참여한 박순모 연구원은 “DNA를 디스플레이 소재로 보고 응용연구에 활용한 사례는 세계적으로도 드물다”며 “재료 자체가 저렴하고 친환경적이기 때문에 향후 신체 부착형 디스플레이 등에 적용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 6월 7일자 온라인판에 게재됐다. 
 

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