▲ 바이러스 구조를 이용한 티탄산바륨 합성 및 나노발전기 모식도(上)와 바이러스와 이를 이용한 티탄산바륨 나노물질의 전자현미경 사진 및 구현된 유연한 나노발전기와 소자 (LED) 구동 모습(下).

DNA 조작을 통해 바이러스로 발전기를 제작할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술원(카이스트, 총장 강성모)는 신소재공학과 이건재·남윤성 교수 공동연구팀이 유전자 조작 바이러스를 이용해 유연한 압전 나노발전기를 만드는데 성공했다고 10일 밝혔다.

조개껍질, 해면, 뼈 등에서 볼 수 있듯이 자연계는 인간이 만들기 어려운 여러 가지 물질이나 구조를 스스로 합성하고 조립하는 능력을 가지고 있다. 예를 들어, 자연계의 조개껍질은 매우 단단한 반면 같은 물질이지만 인공 합성물인 분필은 쉽게 부서진다.

게다가 기존의 여러 인공 합성법들은 독성이 많고 극한적인 환경에서 이뤄진다는 것에 비해 이러한 자연적인 합성은 매우 신비하고 주목할 만한 현상이다. 이처럼 생물들이 가지고 있는 자연적 물질 합성을 모방하면 과학기술 분야에서 효율적으로 환경문제를 해결하거나 신물질을 개발할 수 있다.

연구팀은 자연계에 대량으로 존재하면서 인체에는 무해한 M13이라는 바이러스 유전자를 조작하고, 이 바이러스의 특징을 이용해 압전 효과가 우수한 티탄산바륨(BaTiO₃)을 합성함으로써 유연한 압전 나노발전기를 만드는데 성공했다.

연구팀이 개발한 나노발전기는 기계적인 힘을 가하면 전기가 생성되는 압전(piezoelectricity) 현상을 응용해 나노사이즈로 제작한 발전 소자다. 연구팀은 이번에 개발한 발전기를 이용, 손가락의 움직임으로도 전기에너지를 생산해 LED를 구동하는데 성공했다.

남윤성 교수는 “이번에 개발된 나노발전기는 DNA 조작이 생명체의 변형을 뛰어넘어 전자소자까지 제어할 수 있다는 새로운 발상의 전환을 보여주는 것”이라며 “뛰어난 압전 특성과 친환경적인 제조공정은 이러한 접근법이 얼마나 매력적인지를 잘 보여준다”고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구결과는 나노 및 에너지 분야의 세계적 학술지 ‘ACS Nano’ 온라인판(11월 14일자)에 게재됐으며, 대면적 저비용 제작에도 성공해 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)’ 12월호 표지논문으로 선정되기도 했다.