자연 속에 나노크기(nano-scale)의 물체는 어떤 것인가. 바로 인체를 이루고 있는 유전자와 세포 등이 나노크기다.
너무 작아 눈에 보이지 않는 이들 유전자와 세포 등 원자나 분자 단위의 물질을 보기 위해 과학자들은 SPM(Scanning Probe Microscope)과 같은 기기를 제작했다. 또 현미경을 통해 이를 관찰하면서 핀셋과 같은 도구(SPMS에서는 probe tip)로 물질을 움직여 나노 규모의 물체를 제작하기에 이르렀다.
바이오기술과 나노기술은 콘텐츠와 가공 수단으로 서로 뗄 수 없는 기술이다.
특히 나노기술의 발전은 다른 어떤 분야보다 바이오 분야 연구를 빠르게 하고 있으며 응용 범위 또한 매우 넓다.
바이오기술은 항원과 항체, 효소나 기질 등 생체 분자들의 상호 작용을 관찰하고 생체분자 개체를 인위적으로 조작해 응용하는 나노바이오기술로 발전하면서 나노기술과 바이오기술의 혁명을 유발하고 있다.
NIH는 물론 전세계 나노바이오연구소들은 공상과학 영화에서나 생각했던 나노크기의 잠수함이 항암제를 싣고 혈관을 따라 암세포에 도착시켜 암세포만을 선택적으로 사멸시키는 작업을 현실화하고 있다.
현재 각광받는 나노바이오 분야는 단백질과 분자 공학에 의해 새로운 분자를 제작하거나 생체 분자의 상호 인식 메커니즘을 공학적으로 분석하는 기술 등이다.
또 나노바이오테크놀로지를 이용해 혁신적으로 생물을 분리정제할 수 있는 기술 개발도 빨라지고 있다.
이 기술은 생체 분자를 이용하고 생체 기능을 모방해 기존 기술의 한계를 극복하는 생체모방공학(biomimetic technology)과 생물전자소자(bioelectronic device) 등이 있다.
생물전자소자는 광식각 기술을 이용해 실리콘에 배선을 하던 기존 반도체소자보다 나노미터 단위인 생물 분자를 이용해 집적화 밀도가 기존 실리콘 칩의 천만 배 이상 향상되는 장점이 있다.
이 때문에 더욱 좁은 공간에 많은 정보를 저장할 수 있고 열 발생이 매우 적기 때문에 고밀도의 집적이 가능하다. 생물 분자의 자기 조립 및 배향성에 의해 아주 작게 가공하기가 가능하며 제작비용이 절감되는 것은 물론 신경계에서 사용되는 병렬 방식의 신호처리가 가능한 게 특징이다.
나노바이오기술의 또 다른 분야는 바이오센서다. 바이오센서는 면역반응을 측정하고 혈액 내의 성분이나 생물반응기 내의 각종 성분을 측정하는데 쓰이거나 폐수 내의 오염물질 측정에도 사용된다.
이 외에도 바이오메트릭 분자 펌프나 장비를 개발하는 나노바이오기계공학 등의 연구가 활발하다.
<김인순기자 insoon@etnews.co.kr>