영화속 로보캅(2014)에서 보는 것 같은 기계와 생체의 결합을 훨씬더 효율적으로 이끌 생체칩이 개발됐다. 이 칩은 냄새를 맡고 맛을 느끼게 해 주고, 에너지를 전달해 준다.
데일리메일은 7일(현지시간) 미 컬럼비아대 과학자들이 생체시스템과 비생체시스템에서 함께 사용할 수 있는 복합 바이오칩을 처음으로 개발했다고 보도했다.
연구팀이 개발한 시제품은 고체반도체(CMOS집적회로)를 생체의 바이오셀(ATP하베스팅 바이오셀)과 결합시킨 칩이다. 이 복합칩은 생체내 정보에너지를 작동시키는 동시에 냄새와 맛보기 감각 기능까지 제공할 수 있다.
켄 셰퍼드 바이오메디컬공학과 교수팀은 고체로 된 상보성금속산화물 반도체(CMOS) 집적회로(IC)를 아데노신3인산(ATP)에 의해 작동하는 인공 지질 이중층 세포막과 결합시켰다.
ATP는 모든 생물의 세포 내에 존재하며 에너지대사에 매우 중요한 역할을 한다. 즉, ATP분자는 가수분해를 통해 다량의 에너지를 방출한다.
셰퍼드교수는 “생체 전자기기를 CMOS와 결합해 새로운 시스템을 만드는 일은 어느 한쪽 기술만으로는 할 수 없었다. ATP로부터 에너지를 거둬들이는 기능, 특정분자를 인식해 맛과 냄새를 자각하게 해주는 새로운 기능을 가진 칩을 만들게 돼 기쁘다”고 말했다.
그는 또 “이 칩은 세포의 일부를 결합시킨 고체반도체에 새로운 기능을 부여하면서 엄청난 가능성을 제시한다”고 말했다. 이어 “그동안 새로운 발견에 따른 엄청난 혁신이 있었지만 CMOS 고체반도체는 살아있는 시스템의 맛보기,냄새맡기,생화학적 에너지 자원의 사용같은 특정 기능을 수행하거나 재현하지 못했었다”고 덧붙였다.
생체시스템은 지질세포막,이온채널,펌프에 기반한 생체 버전의 전자기기를 통해 냄새맡기,맛보기, 에너지자원 사용같은 기능을 수행하게 된다. 생체 속의 이온채널은 세포막의 이온흐름을 제어하며, 이 이온형태 안에서 만들어지는 전하는 에너지와 정보를 전달한다. 생명체에 있는 지질세포막 전반에 퍼져있는 정전기에 에너지가 저장된다. 에너지는 이온펌프의 활동을 통해 만들어진다. 이 때 ATP는 세포속의 에너지를 ‘생성되는 곳’으로부터 ‘사용되는 곳’으로 전달하게 된다.
이 복합칩을 구성하는 고체반도체 시스템은 컴퓨터와 통신기기에 사용되는 실리콘 전계트랜지스터로서 전자신호와 전력을 제어한다.
컬럼비아대의 복합칩 시스템은 ATP가 등장하면 이온을 펌프질해 세포막으로 보내주게 되며, 세포막은 CMOS집적회로에 의해 모아진 정전기를 생산해 내게 된다.
셰퍼드교수는 “우리는 제대로 작동하는지 확인하기 위해 이 시스템을 수 밀리미터(mmm)정도로 크게 만들었다. 우리는 이온펌핑을 통한 화학적에너지 조절 효율성을 극대화하도록 해 줌으로써 일반화된 회로모델에 새로운 통찰력을 제공했다...고체반도체 기기의 힘과 생체부품의 능력을 결합한 칩 제조 능력은 엄청난 희망을 약속한다”고 말했다. .
이 복합칩은 분자수준에서 이온펌핑을 실현시킴으로써 원하는 기능을 분리하고 이를 전자기기와 인터페이스할 수 있었다.
셰퍼드교수는 “여러분에게는 폭발물을 냄새로 구별하는 개가 필요하다. 하지만 만일 개에게서 유용한 기능의 일부분인 감각 분자만을 가져온다면 우리는 개를 필요로 하지 않게 될 것이다”라고 말했다.
전자신문인터넷 이재구국제과학전문기자 jlee@etnews.com