혈액 한 방울의 1%로 뇌졸중의 전조를 진단할 수 있는 마이크로 유체칩이나 적혈구만한 작은 세포도 치료가 가능한 치료기구 등 공상과학 영화에 나오는 기술을 현실화할 수 있는 적혈구 크기의 펌프(pump)가 한-미 공동연구팀에 의해 개발됐다.

포스텍(포항공과대)은 기계공학과 이상현 박사와 미국 미시간대 앨런 헌트 교수팀이 나노 크기의 절연체가 일반 반도체와 같은 전기 전도 현상을 가진 것을 발견하고 이를 이용해 세상에서 가장 작은 적혈구 크기의 전기운동학적 펌프를 개발했다고 17일 밝혔다.

이 연구결과는 나노과학 분야의 세계적 권위지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 온라인판 17일자에서 주목할 만한 연구로 선정됐다.

연구팀은 유리와 같이 전기를 전달하기 어려운 성질을 가진 절연체가 나노미터 크기로 작아지게 되면 아주 낮은 전압으로도 전류가 흐를 수 있다는 사실을 규명하고 이를 이용해 나노 크기 기기들의 전극으로 사용가능한 액체-유리-나노전극(nano-liquid-glass electrode)을 개발했다.

이 나노전극은 도체와 부도체를 동시에 집적할 필요가 없어 마이크로 유체분석칩과 같은 작은 장치의 집적을 좀더 쉽게 만들어 줄 수 있으며 이는 마이크로 유체 분석칩(Lab-on-a-chip)이나 나노크기의 반도체 등에 쉽게 활용될 것으로 기대되고 있다.

또 전극을 이용해 개발한 초소형 전기운동학적 펌프는 동전만한 크기의 칩에 미세가공기술을 이용해 화학 분석장치들을 집적해 혈액 한 방울의 1%로도 질병을 분석해 낼 수 있어 지금까지 상용화 기술개발에 어려움을 겪어온 나노크기의 반도체, 단일 세포를 치료할 수 있는 첨단 나노크기 의료장비에 활용될 것으로 전망된다.

특히 이 연구결과는 마이크로 유체칩 내부에 유체 보조 삼차원 펨토레이저 나노 가공기술을 이용해 집적돼 기존에 개발된 칩에도 곧바로 적용이 가능하다는 점에서 학계의 관심을 끌고 있다.

포스텍 이상현 박사는 "지금까지 전기운동학적 동작체나 센서는 반드시 도체와 부도체를 동시에 집적해야 했기 때문에 이를 이용한 마이크로 크기의 장치를 개발하는 데 큰 어려움을 겪었다."라며 "이번 연구성과는 생명공학 분야뿐 아니라 소형화 경쟁이 치열한 반도체 산업에도 도움이 될 것으로 기대된다."고 말했다.

  
<용어설명>
▲절연체 = 전기나 열을 전달하기 어려운 성질을 가지는 물질의 총칭으로 부도체(不導體)로도 불린다. 일반적으로는 전기를 전달하기 어렵지만 유전 강도 이상의 전기력이 가해지면 절연체가 파괴돼 일반 도체와 같이 전기가 흐르게 되며 물성 등이 변하는 성질을 가지고 있다.

▲마이크로 유체분석칩(Lab-on-a-chip) = 바이오칩의 한 종류로 기판 위에 바이오물질뿐 아니라 물질과 시료를 처리하고 분리하는 과정까지 처리할 수 있는 첨단 칩이다. 실험실의 각종 장비가 수행하는 기능을 통합했다고 해 'Lab-on-a-chip'으로 불리며 신속한 진단뿐 아니라 휴대가 가능하다는 장점이 있다. 특히 극소량의 유체를 제어할 수 있는 '미세유체 제어기술'과 진단기술이 칩 개발의 관건으로 알려져 있다.

▲전극(electrode) = 전지, 콘덴서 등에서 전기장을 만들거나 전류를 빼내거나 하는 막대모양 또는 판 모양의 도체. 건전지의 양 끝이 전극이다.

▲유체 보조형 삼차원 펨토레이저 나노가공기술 = 펨토초(1천조분의 1초) 수준의 짧은 펄스 폭을 갖는 펨토레이저 가공기술의 한 분야이며 물 등의 액체를 이용해 가공을 보조하고 유리와 같이 투명한 물질 내부에 나노수준의 삼차원 유체기구를 가공하는 기술로 미 미시간대 앨런 헌트 교수팀이 발전시켰다.