기본 콘텐츠로 건너뛰기

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


댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...