단백질 기반 바이오메모리 개념 세계 최초 구현 성공

바이오전자소자 관련 신기술 개발은 글로벌 이슈가 될 만큼 세계적인 관심을 모으고 있으며 각 나라마다 앞 다투어 부가가치가 높은 신기술을 개발해 세계시장에서 우위를 선점하기 위한 노력을 이어가고 있다. 이에 우리 정부도 9년간 98억 원을 지원받는 장기프로젝트를 실시, 서강대학교 최정우 교수는 4개의 세부과제와 3개의 위탁과제를 진행해온 결과 바이오메모리 기반 메모리 개념을 세계 최초로 구현하는 데에 성공하며, 바이오 전자소자 상용화 및 미래 첨단 기술 확보에 큰 몫을 담당함으로써 한국이 바이오전자산업에 있어 세계 초인류 국가로 거듭나는데 효자노릇을 톡톡히 하고 있다. 

교육과학기술부 나노바이오기술개발사업의 지원을 받아 바이오전자소자사업단을 운영하고 있는 서강대학교 바이오전자소자사업단(최정우 교수/이하 사업단)은 ‘생물분자로 구성된 바이오전자소자 핵심요소 기술 개발’을 최종목표로 지난 2005년부터 연구를 수행하며 매우 우수한 연구성과를 배출한 것으로 평가받고 있다.

대표적으로 사업단이 성공한 차세대 정보저장용 바이오전자소자분야의 핵심기술이 될 수 있는 단백질 기반 바이오메모리 기반 메모리 개념 구현은 세계 최초의 개발로 괄목할만한 성과로 인정받았다. 이 기술은 단백질의 고유 산화-환원 기능을 이용해 상기 박막으로부터 인가 전압에 따라 산화-환원 상태를 조절한 후 세 가지 전위를 네 단계에 걸쳐 인가하는 방식의 작동법 제시를 통한 것이다.이 장치는 간단히 외부전위를 변화시킴으로써 바이오 메모리의 기본 핵심 기능인 ‘읽기(Read)’, ‘쓰기(Write)’, ‘지우기(Erase)’ 기능을 보유하게 만들었다.

최정우 교수는 “연구진은 단백질을 기반으로 하는 바이오-메모리 디바이스를 지속적으로 연구한 결과 시스테인 잔기가 도입된 재조합 단백질의 자기조립기능을 이용해 효율적인 생체 모방막을 형성했고 이를 칩에 응용해 단백질기반 바이오메모리 장치를 구현했다”며 “이는 이전에 없었던 새로운 개념으로 생체분자가 가지고 있는 자연계 전자전달 현상을 정보 저장 장치의 개발에 응용한 예이다”라고 설명했다. 

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 기술개발에 기여한다. 

최정우 교수는 “생체분자가 보유하고 있는 자연계 고유의 전자 전달 원리를 전기화학/전기적 측정방법으로 분자전자소자에 응용할 수 있다는 매우 새로운 시도로써 바이오칩 분야를 선도하고 있는 미국, 독일, 일본 등의 선진국에서도 아직 구현하지 못한 것”이라며 “이 기술은 현존하는 바이오칩의 집적도 및 민감성을 향상시킴은 물론, 대중화된 소형 진단용 나노 바이오 전자 칩 기술 개발에 응용되어 상용화 가능한 기술을 제공함으로써 단백질 칩 기술 중 정보 저장에 적합한 저장방법의 기술 표준화를 선도해 나갈 것이다. 더 나아가 정보 저장용 바이오전자소자를 구성하는 원천 요소 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다. 

사업단의 연구성과를 살펴보면 네이처 나노테크놀로지, 플랜트 셀, 앙게반테케미컬지, 나노레터 등 세계적 권위의 최우수논문 239편(Impact factor 3.9이상)을 포함해 전문학술지 74편 출판, 국내 외 특허 출원 및 등록 105건, BIOTRONICS 국제학술대회를 매년 개최하는 등 교육과학기술부 지원사업 중 탁월한 연구성과를 배출한 것으로 평가받았다. 그 결과 지난 2010년 교육과학기술부R&D 대표 우수성과 100선에 선정되는 쾌거를 안았다. 

뿐만 아니다. 사업단 연구성과와 별도로 최정우 교수가 연구책임자로 있는 서강대학교 나노바이오전자연구실에서는 2005년부터 지금까지 바이오전자소자와 관련해 SCI급 99여 편 발표, 14건의 특허출원등록 등 매우 활발한 학술활동 및 원천기술 개발을 진행하고 있다. 이러한 노력의 결과로 최정우 교수는 2011년 11월4일에 울산과학기술대학교(UNIST)에서 개최된 ‘2011한국바이오칩학회 총회’에서 학술대상 수상자료로 선정되어 수상하는 영예를 안았다. 

또한 바이오전자소자개발 연구자들을 위한 세미나 및 각종 교육 프로그램을 진행함으로써 삶의 질 향상을 위한 ET/NT/BT가 융합된 소자 기술에 대한 연구의 방향성 제시와 바이오전자소자기술의 현황을 분석 하고 학·연·산 연구자간의 인적 네트워크의 형성을 위해 노력하고 있다. BT와 IT, NT의 융합 기술은 여러 가지 기술들이 복합적으로 연계되어 새로운 기술이 개발될 가능성이 높다. 이러한 복합적 기술 개발은 기존의 기술 혁신을 가져오며 새로운 산업 분야를 창출할 것으로 전망된다. 이와 관련 지난 2011년에는 Biotronics 2011국제학술대회가 제5회 IEEE-NANOMED2011국제학술대회와 공동으로 개최, 최근 의학과 생물학에서MEMS, NANO 및 분자기술과 관련해 활발하게 연구가 진행되고 있는 분야에서 세계적인 연구의 토론장이 마련되었다. 

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 과학기술이다. 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. 

최정우 교수는 “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”라고 설명했다. 

사업단의 궁극적인 목적은 바이오산업의 대중화와 함께 인간의 삶의 질을 향상하는데 그 의의를 두고 있다. 때문에 사업단은 단계적으로 바이오 칩 원천기술 확보 및 상용화를 추진할 뿐 아니라 선진국의 기술력을 능가하기 위해 최선의 노력을 하고 있다. 

바이오메모리 기술개발로 정보 저장과 관련 우리나라에서 단백질 칩 기술 표준화를 주도할 수 있는 큰 줄기를 마련한 사업단은 이에 더욱 박차를 가해 정보 저장용 바이오전자소자 연구의 원천기술 확보에 주력할 계획이라고 다부진 포부를 밝혔다.