10년 후, 아니 그 이후에 우리나라를 성장시키고 먹여 살릴 기술은 무엇일까. ‘지속 가능한 성장’이 경제계 화두로 떠오르면서 이에 대한 관심이 지대하다. 재계는 이를 수종(樹種)산업이라 부르며 장밋빛 미래를 기약하는 포석으로 삼고 있다.
이 중 가장 눈에 띈 것이 ‘바이오의 혁명’이었다. ‘바이오 테크놀로지’(BT)의 발달이 세계인의 바람인 ‘생명연장’의 꿈을 실현시키는 대안으로 떠오르면서 이에 따른 엄청난 부가가치가 예고됐었고 국내에서도 정부와 민간 차원에서 투자와 연구가 활발히 진행되고 있다.
하지만 기대가 큰 만큼 막중한 부담과 극복해야 할 난제들이 쌓여 있는 것은 당연지사다.

바이오메모리의 기본 핵심인 ‘읽기’,
‘쓰기’ 및 ‘지우기’ 기능 보유, 기술력에 세계가 놀라
이를 해결하기 위한 연구노력으로 여념이 없는 서강대학교 바이오전자소자사업단(이하 사업단)에서는 단백질 기반 바이오메모리 개념을 세계 최초로 구현하는데 성공함으로써 업계의 기대를 모으고 있다. 이번 개발된 기술은 단백질의 고유 산화-환원 기능을 이용하여 상기 박막으로부터 인가 전압에 따라 산화-환원 상태를 조절한 후, 세 가지 전위를 네 단계에 걸쳐 인가하는 방식의 작동법 제시를 통해 새로운 개념의 단백질 기반 바이오메모리를 구현한 것이다.
사업단을 이끌고 있는 최정우 단장은 “바이오전자소자사업은 교육과학기술부에서 9년 간 92억 원을 지원받는 장기프로젝트입니다. 우리 사업단은 지난 2005년 출범 이래 단위기능인 분자 다이오드 기능 구현뿐 아니라 광전류 생성과 교정 특성을 가지는 스위칭 장치를 제시하는 등 괄목할만한 성과를 내고 있으며, 특히 바이오메모리의 기본 핵심 기능인 ‘읽기(Read)’, ‘쓰기(Write)’ 및 ‘지우기(Erase)’ 기능을 보유하게 만들었다는 점은 세계를 놀라게 하고 있습니다. 이 기술은 시스테인 잔기가 도입된 단백질을 자기조립기능을 이용, 효율적인 생체 모방막을 형성했고 이를 칩에 응용한 것입니다. 이러한 쾌거를 이룬데 만족하지 않고 연구개발에 더욱 매진해 바이오전자소자사업 관련 세계 시장 최고의 기술력을 선점하는 것이 우리의 목표입니다”라는 포부를 밝혔다.

내로라하는 석학들이 주도하는 사업단

사업단은 “이 제안은 단순한 공정을 이용하여 무기물과 전자전달이 용이한 단백질 박막을 형성한다는 획기적인 개념”이라고 밝혔다. 즉, 생체분자가 보유하고 있는 자연계 고유의 전자 전달 원리를 전기화학·전기적 측정방법으로 분자전자소자에 응용할 수 있다는 매우 새로운 시도로서, 바이오칩 분야를 선도하고 있는 미국, 독일, 일본 등의 선진국에서도 아직 구현하지 못한 것이라 더욱 학계의 관심이 집중되고 있다. 이 개념은 생체계의 효율적인 정보전달 원리를 전자소자에 응용할 수 있어 기존 전자소자의 성능을 극대화시킬 수 있고, 단일 단백질의 전자이동을 검출하는 경우 고밀도의 분자전자소자를 구현할 수 있을 것으로 예상된다.
사업단에서 개발한 단백질 기반 바이오메모리 디바이스는 국내 원천 기술이 풍부한 실리콘 반도체 산업과 현재는 아직 연구 및 개발단계에서 진행하고 있는 바이오 기술을 접목시킨 전기 측정형 바이오 전자 칩 기술 개발에 기여한다.
또한 대중화된 소형 진단용 나노 바이오 전자 칩 기술 개발에 응용되어 상용화 가능한 기술을 제공함으로써, 단백질 칩 기술 중 정보 저장에 적합한 저장방법의 기술 표준화를 선도하고 나아가 정보 저장용 바이오 전자소자를 구성하는 원천 요소 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.
이러한 연구성과는 네이처 나노테크놀로지, 플랜트 셀, 앙게반테케미컬지, 나노레터 등 세계적 권위의 최우수논문 93편(Impact factor 3.9이상)을 포함하여 전문학술지 74편 출판, 국내·외 특허 출원 및 등록 90건, BIOTRONICS 국제학술대회를 매년 개최하는 등 탁월한 연구결과로 이어지고 있다.
한편 사업단 연구성과와 별도로, 최정우 단장이 연구책임자로 있는 서강대학교 나노바이오전자연구실에서는 2001년 이후 부터 지금까지 바이오전자소자 관련하여 SCI급 230여 편 발표, 25건의 특허출원등록 등 매우 활발한 학술활동 및 원천기술 개발을 진행하고 있다.
뿐만 아니라 사업단에서는 바이오전자소자개발 연구자들을 위한 세미나 및 각종 교육 프로그램을 진행함으로써 삶의 질 향상을 위한 ET/NT/BT가 융합된 소자 기술에 대한 연구의 방향성을 제시함과 동시에 바이오전자소자기술의 현황을 분석하고 학·연·산 연구자간의 인적 네트워크 형성을 위해서 끊임없는 노력을 경주하고 있다.
최정우 단장은 “국내 최고 수준의 라인업을 갖춘 것으로 평가받고 있는 우리 사업단은 총괄기관인 서강대학교의 협동연구기관 및 과제 책임자는 한국과학기술원 박제균 교수, 포항공과대학교 최희철 교수, 한국생명공학연구원 정용원 박사, 위탁과제 기관 및 과제책임자는 한국과학기술원 곽주현 교수, 한국과학기술원 이화여자대학교 박성수 교수, 부산대학교 양해식 교수 등의 내로라하는 석학들이 주도하고 있습니다. 우리 연구진들의 정열과 노력은 향후 세계적으로 가장 큰 영향을 미칠 바이오전자소자 분야를 주도해 갈 획기적인 연구결과들을 도출해 나갈 것입니다”라고 밝혔다.
이곳의 모든 연구원들은 미래 국가의 경쟁력을 좌우할 토양을 다져간다는 믿음으로 연구에 임하고 있다는 말도 덧붙였다.

바이오 전자소자 상용화 및 미래 첨단 기술 확보한국을 바이오전자산업 초인류국가로 만들 터
바이오전자소자 관련 신기술 개발은 글로벌 이슈가 될만큼 세계적인 관심을 모으고 있으며, 각 나라들마다 앞 다투어 부가가치가 높은 신기술을 개발해 세계시장에서 우위를 선점하기 위한 노력을 이어가고 있다.
특히 나노 바이오 칩 기술은 기존 바이오칩이 갖고 있는 분석화학, 광학적 검출방법의 민감성 저하 및 분석기기를 소형화하기 어려운 문제를 해결함으로써 극소량의 시료를 전기화학적으로 고속 분석할 수 있는 미래지향적 첨단 과학 기술이다.
또한 이 기술 분야는 진단, 신약 스크리닝 등과 같은 각종 생체 분자의 분석에서부터 소재, 기기, 장치 산업 등 관련사업의 발전 및 경제에까지 영향을 미쳐 그 파급 효과가 매우 클 것으로 기대되고 있어 학술적 연구와 더불어 발전방향에 귀추가 주목되고 있다.
이에 사업단은 ‘생물분자로 구성된 바이오전자소자 핵심요소 기술 개발’을 최종목표로 기술개발에 최선의 노력을 경주하고 있다. 이는 바이오전자소자 기반기술을 확보해 상용화 기술로 응용되어 융합기술 산업 제품의 개발에 기여하고, 단백질 거동 및 인지 분석, 신호증폭, 연산처리 기능의 바이오 프로세서 칩과 나노전선기반 바이오소자 기술 개발에 의한 바이오전자 신기술의 실증화를 가져올 것이다. 결과적으로 사업단의 기술력이 바이오 전자소자 상용화 및 미래 첨단 기술 확보에 큰 몫을 담당함으로써 한국이 바이오전자산업에 있어 세계 초인류 국가로 거듭나는데 효자노릇을 톡톡히 하고 있다.

바이오산업의 대중화와 함께 인간의 삶의 질 향상
바이오전자산업을 총괄한다는 것은 한국의 차세대 성장동력을 주도한다는 말과 맥락을 같이한다. 그래서 최정우 단장의 어깨는 더욱 무겁다.

그는 “우리 사업단의 궁극적인 목적은 바이오산업의 대중화와 함께 인간의 삶의 질을 향상하는데 그 의의를 두고 있습니다. 그러기 위해 단계적으로 바이오 칩 원천기술 확보 및 상용화를 추진할 뿐 아니라 선진국의 기술력을 능가하기 위해 최선의 노력을 다할 것입니다. 결국 우리 연구의 키워드는 나라와 국민을 위하는데 있습니다”라고 강조했다.
사업단의 바이오메모리 기술개발은 정보 저장과 관련, 우리나라에서 단백질 칩 기술 표준화를 주도할 수 있는 큰 줄기를 마련한 셈이다. 이에 더욱 박차를 가해 정보 저장용 바이오전자소자 연구의 원천기술 확보에 주력할 계획이라는 사업단의 의지가 굳건해 보인다.