오늘날 과학의 가장 중요한 화두 중 하나는 '나노(1㎚=10억 분의 1m)' 세계의 비밀을 파헤치는 것입니다. 이런 나노 세계를 항해하는 과학자들에게 나침반 역할을 하는 것이 바로 '사진'입니다. 주사터널링현미경(STM·Scanning Tunneling Microscopy), 주사전자현미경(SEM·Scanning Electron Microscopy) 등을 이용해서 나노 세계를 들여다볼 수 있게 되었기 때문입니다.
그렇다면, 사진으로 본 나노 세계의 모습은 어떨까요? 홍진기 미국 MIT 연구원(화학공학과 Post-Doctor)과 강상욱 상명대학교 교수(화학과)가 여러분에게 나노 세계의 비밀을 살짝 보여줍니다. 일주일에 두 차례씩 여러분을 찾아갈 세상에서 제일 신기한 사진과 함께하는 특별한 과학 에세이 '나노 세계 여행'을 놓치지 마십시오. <편집자>
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| ⓒ홍진기 |
바야흐로 복합 기술의 시대이다. 최신 전자 기기들은 다기능화를 통해 특정 기능 하나만을 가지고 있는 것을 넘어 여러 기능을 동시에 구현하는 복합 기기의 형태를 띤다. 두 개 이상의 장점을 섞어 시너지 효과를 갖는 것은 전자 기구뿐만이 아니다. 전혀 새로운 연구를 시작하는 과학자들은 늘 새로운 영역에서 융합과 복합을 시도한다.
그 중에서 생명의 신비를 다루는 생명과학 분야에서는 나노 기술을 이용하여 생명체를 구성하는 물질을 나노미터 단위의 크기에서 분석 및 조합하고 이를 제어 및 응용할 수 있는 기술이 개발 중이다.
또 이 분야에서는 세상에서 가장 과학적이라 알려진 생명체 또는 구성 물질의 구조, 기능 그리고 상호작용을 과학적으로 해석해 새로운 소자 개발을 추구하는 생체 모사 기술을 모색 중이다. 생체 모사 기술은 생명체가 가지고 있는 신비를 구현하는 구성 물질의 생물학적, 물리적, 화학적 현상들을 나노 단위에서 이해하고 이를 인공적으로 응용 및 다른 기술과 섞어 신개념의 시스템을 만들어 내는 미지의 세계라 할 수 있다.
대표적으로 생체단백질 또 생분해성 고분자를 이용하여 구조가 조금씩 자라나는 바이오미네랄리제이션을 예로 들 수 있다. 위의 사진과 같이 생선의 뼈를 전자 현미경으로 들여다보면 뼈를 구성하는 단백질이 조금씩 자라서 층을 이루는 구조를 갖고 있는 것을 확인할 수 있다.
뼈는 일반적으로 유기물과 무기물의 계층적 조합으로 이루어져 있는데 무기물의 90% 이상은 칼슘과 인으로 인산칼슘의 형태이다. 뼈의 강도는 이 무기물질이 단단한 구조를 갖기 때문인데 유기물인 단백질과 콜라겐 등과의 효과적인 복합화로 뼈에 유연성을 주어 충분한 탄력을 갖게 해 준다.
생체 뼈의 이러한 특수한 구조를 인공적으로 개발하여 인공 뼈, 방탄조끼부터 우주선을 구성하는 물질 등 강하면서도 탄력성과 변형성을 갖는 구조를 개발하는 많은 연구가 진행 중이다. 자연의 수많은 가르침은 결국 우리 스스로가 이미 세상의 모든 과학을 지니고 이용하며 하루하루를 살고 있다는 것을 일깨워 준다.
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