단백질 기반 바이오메모리 개념 세계 최초로 구현성공

단백질 칩 기술 표준화 주도하는 서강대 바이오전자소자사업단

단백질 기반 바이오메모리 개념 세계 최초로 구현성공

2012년 01월 06일 (금) 15:36:14 취재_정대윤 본부장/김미주 기자 red4575@sisamagazine.co.kr

바이오메모리 기반 메모리 개념을 세계 최초로 구현하는 데 성공한 서강대학교 바이오전자사업단(최정우 교수)은 교육과학기술부에서 9년간 98억 원을 지원받는 장기프로젝트를 시행중으로서, 4개의 세부과제와 3개의 위탁과제로 구성되어 있다. 바이오전자소자사업단의 연구는 2005년부터 6년 동안 연구를 수행하여 2단계 연구를 종료하였고, 2단계 사업평가결과 매우 우수한 연구 성과를 배출한 것으로 평가되어 2011년 4월부터 3년간 3단계 연속지원 과제로 승인받았다. 바이오 전자소자 상용화 및 미래첨단기술 확보를 주도하는 기술력 교육과학기술부 나노바이오기술개발사업의 지원을 받아 바이오전자소자사업단을 운영하고 있는 서강대학교 최정우 교수는 사업단의 대표적인 연구성과로서 차세대 정보저장용 바이오전자소자분야의 핵심기술이 될 수 있는 단백질 기반 바이오메모리 개념을 세계 최초로 구현하는데 성공했다. 최 교수는 “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 바이오 메모리를 구현한 것이다”라고 밝혔다. 이 장치의 특징은 박막화 된 단백질 고유의 산화환원 전기화학적 성질을 외부 전압에 의해 조절가능하게 하고, 간단히 외부전위를 변화시킴으로써, 바이오 메모리의 기본 핵심 기능인 ‘읽기(Read)’, ‘쓰기(Write)’ 및 ‘지우기(Erase)’ 기능을 보유하게 만들었다는 점이다. 최 교수는 “이는 이전에 없었던 새로운 개념으로 생체분자가 가지고 있는 자연계 전자전달 현상을 정보 저장 장치의 개발에 응용한 예이다”라고 전했다. 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 기여하며 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 기대되고 있다. 바이오전자소자 관련 신기술 개발은 글로벌 이슈가 될 만큼 세계적인 관심을 모으고 있으며, 각 나라들마다 앞 다투어 부가가치가 높은 신기술을 개발해 세계시장에서 우위를 선점하기 위한 노력을 이어가고 있다. 특히 나노 바이오칩 기술은 기존 바이오칩이 가지고 있는 분석화학, 광학적 검출방법의 민감성 저하 및 분석기기를 소형화하기 어려운 문제를 해결함으로써 극소량의 시료를 전기화학적으로 고속 분석할 수 있는 미래 지향적 첨단 과학기술이다. 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 파급효과가 매우 클 것으로 기대되고 있어 학술적 연구와 더불어 발전방향에 귀추가 주목되고 있다. 이에 최 교수는 “생물분자로 구성된 바이오전자소자 핵심요소 기술 개발을 최종목표로 기술개발에 최선의 노력을 경주하고 있다”며 “이는 바이오전자소자 기반기술을 확보해 상용화 기술로 응용되어 융합기술 산업 제품의 개발에 기여하고, 단백질 거동 및 인지 분석, 신호증폭, 연산처리 기능의 바이오 프로세서 칩과 나노전선기반 바이오 전자소자 상용화 및 미래첨단기술 개발에 의한 바이오전자 신기술의 실증화를 가져올 것이다”라고 피력했다. 최 교수의 말에 따르면 결과적으로 사업단의 기술력이 바이오 전자소자 상용화 및 미래첨단기술 확보에 큰 몫을 담당함으로써 한국이 바이오전자산업에 있어 세계 초인류 국가로 거듭나는데 효자 노릇을 톡톡히 하고 있는 것이다. 바이오전자산업을 총괄한다는 것은 한국의 차세대 성장 동력을 주도한다는 말과 맥락을 같이 한다. 최 교수는 “사업단의 궁극적인 목적은 바이오산업의 대중화와 함께 인간의 삶의 질을 향상하는 데 그 의의를 두고 있다”며 “그러기 위해 단계적으로 바이오칩 원천기술 확보 및 상용화를 추진할 뿐 아니라 선진국의 기술력을 능가하기 위해 최선의 노력을 다할 것이며, 결국 연구의 키워드는 나라와 국민을 위하는 데 있다”고 전했다. 최고의 전문가들이 모여 뛰어난 연구 성과 창출 바이오전자소자사업단의 연구 성과는 네이처 나노테크놀로지, 플랜트 셀, 앙게반테케미컬지, 나노레터 등 세계적 권위의 최우수 논문 239편(impact factor 3.9 이상)을 포함하여 전문학술지 74편 출판, 국내·외 특허 출원 및 등록 105건, BIOTRONICS 국제학술대회의 매년 개최 등으로 나타나고 있다. 이를 통해 교육과학기술부 지원 사업 중 탁월한 연구 성과를 배출한 것으로 평가받고 있다. 한편, 사업단 연구 성과와 별도로, 최 교수가 연구책임자로 있는 서강대학교 나노바이오전자연구실에서는 2005년부터 지금까지 바이오전자소자와 관련하여 SCI급 논문 270여 편 발표와 25건의 특허출원 등록 등 매우 활발한 학술활동 및 원천기술 개발을 진행하고 있다. 또한 바이오전자소자개발 연구자들을 위한 세미나 및 각종 교육 프로그램을 진행하여 삶의 질 향상을 위한 ET/NT/BT가 융합된 소자 기술에 대한 연구의 방향성을 제시하고 바이오전자소자기술의 현황을 분석하며, 산·학·연 연구자간 인적 네트워크의 형성을 위해 최선을 다하고 있다. 또한 최 교수의 연구는 2010년 교육과학기술부 R&D 대표 우수성과 100선에 선정되었고, 2011년 11월 4일 울산과학기술대학교에서 개최된 2011한국바이오칩학회 총회에서 바이오칩 연구 분야에서 이룩한 학문적 업적과 학회 발전에 이바지한 공로로 학술대상 수상자로 선정되어 상장과 상패를 수상하였다. 사업단의 연구기관 및 책임자 구성을 살펴보면, 총괄기관인 서강대학교(최정우 사업단장)의 협동연구기관 및 과제 책임자는 한국과학기술원 박제균 교수, 포항공과대학교 최희철 교수, 한국생명공학연구원 정용원 박사이고 위탁과제 기관 및 과제 책임자는 한국과학기술원 곽주현 교수, 이화여자대학교 박성수 교수, 부산대학교 양해식 교수가 연구진으로 편성되어 있다. 연구를 수행하고 있는 직급별 연구원 편성은 책임급 연구진 11명, 선입급 연구진 9명, 원급 연구진 57명으로 총 77명으로 이루어져 있다. 최 교수는 “앞으로는 생물 분자를 이용한 전자소자의 개발은 프로세서와 메모리 소자가 결합된 새로운 방식으로 정보를 처리하고 바이오 컴퓨팅을 할 수 있는 소자를 개발할 수 있으며, 초고감도 의료 진단용 나노바이오칩은 개인 단위의 암이나 알츠하이머와 같은 고위험군 질병의 조기 진단을 가능하게 할 수 있다”며 또한 “BT와 IT, NT의 융합기술은 여러 가지 기술들이 복합적으로 연계되어 새로운 기술이 개발될 가능성이 높고, 이러한 복합적 기술 개발은 기존의 기술 혁신을 가져오며 새로운 산업 분야를 창출할 것으로 전망된다”고 밝혔다. 사업단의 바이오 메모리 기술 개발은 정보 저장과 관련, 우리나라에서 단백질 칩 기술 표준화를 주도할 수 있는 큰 줄기를 마련하였다. 최 교수는 “더욱 박차를 가해 정보 저장용 바이오전자소자 연구의 원천기술 확보에 주력하겠다”고 밝혀 바이오전자소자 분야 최고 전문가들로 구성된 사업단이 바이오전자소자 분야의 기술을 선도해 나갈 것으로 기대되고 있다.