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2015년 12월 28일 월요일

생물학적으로 에너지를 얻는 반도체



(Biocell attached to CMOS integrated circuit with membrane containing sodium-potassium pumps in pore. Credit: Trevor Finney and Jared Roseman/Columbia Engineering )
 반도체는 전기를 이용해서 여러 가지 작업을 수행합니다. 반면 생명체는 ATP를 기본 에너지원으로 사용합니다. 이 둘은 서로 호환되지 않습니다. 하지만 콜롬비아 공과대학의 연구팀이 ATP를 에너지로 사용하는 반도체 개발에 성공했다는 소식입니다.


 이 대학의 켄 세퍼드 교수(Ken Shepard)가 이끄는 연구팀은 일반적인 고체 상태의 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor, 상보적 금속 산화막 반도체)를 인위적으로 만든 인지질 막과 통합시켰습니다.


 일반적인 세포막은 인지질(phospholipid)로 구성되어 있습니다. 이 지방 분자는 세포의 안과 밖을 가르는 역할을 합니다. 여기에는 여러 가지 단백질이 포함되는데 대표적인 것은 ATP를 동력으로 사용하는 이온 펌프들입니다. 이 이온 펌프는 생물체에서 매우 중요한 역할을 담당합니다.


 연구팀은 이 막이 한쪽으로 이온을 옮기는 역할을 하기 때문에 일종의 트랜지스터와 같은 역할을 할 수 있다고 생각했습니다. 서로 다른 전하를 가진 이온에 의해 -/+의 상태를 가지고 있다가 신호가 오면 이온 채널이 열리면서 전위가 바뀌기 때문입니다.


 이 가설을 검증하기 위해 연구팀은 수mm 사이즈의 제법 큰 반도체를 만들어 테스트했습니다. 그 결과 전기 대신 ATP를 이용한 이온 펌프가 실제로 반도체 같은 작동을 할 수 있음을 증명했습니다. 이는 앞으로 생화학 에너지를 사용한 초미세 센서 등을 개발하는데 도움을 줄 수 있습니다. 물론 아직은 기초 연구 단계에 지나지 않습니다.  


 우리 몸안에 센서를 삽입하는 경우 생기는 큰 문제 중에 하나는 바로 동력입니다. 만약 생물학적 에너지를 사용할 수 있는 시스템이 있다면 반영구적으로 생체 내에서 작동이 가능할 것입니다. 지금까지 여러 가지 방식들이 소개되었는데, 과연 ATP를 직접 에너지원으로 사용하는 시스템이 나올 수 있을지 궁금하네요.
 이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 실렸습니다.
 참고


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