정밀 제어 가능한 ‘미생물 모사 초소형 입자’ 개발

형상 변화를 통해 이동 방향의 정밀 제어가 가능한 ‘미생물 모사 초소형 입자’ 개발에 성공했다. 국립금오공과대 전석진 교수(재료공학) 연구팀과 미국 콜로라도주립대학교의 공동 연구 성과다.

14일 국립금오공과대에 따르면 이번에 개발한 미생물 모사 입자는 길이 약 40마이크로미터의 초소형 구조다. 대형 박테리아와 유사한 크기이다.

미생물 모사 입자의 온도에 따른 형상 변화와 입자 주위에 형성된 유체 흐름을 나타내는 이미지. 국립금오공과대 제공

이 입자는 외부자극에 반응해 성질이 변하는 자극감응성 하이드로젤과 팽윤하지 않는 단단한 물질의 이중층 구조로 구성돼 있다. 주변 온도 변화에 따라 하이드로젤 층의 부피가 변화하여 입자의 곡률이 조절된다.

기존의 고정 형상 입자의 경우 추진 모션과 이동 방향이 단일 형태로 제한돼 이동 방향을 전환하기 위해서는 외부 전기장 또는 자기장의 방향을 변경해야 하는 한계가 따랐다. 이번에 개발한 미생물 모사 형상 가변 입자는 전기장의 변화 없이도 입자 자체의 형상 변화만으로 추진 모션 및 이동 방향을 능동적으로 제어할 수 있다는 차별성을 지닌다.

연구진은 교류 전기장 하에서 물의 온도를 조절함으로써 입자의 형상과 방향을 선택적으로 변화시키는 데 성공했다. 더 나아가 미생물 모사 입자가 폐곡선을 따라 이동한 뒤 출발점으로 복귀하는 시연에 성공함으로써 목적 지향적 유영이 가능함을 입증했다.

연구 성과는 세계적 권위를 지닌 다학제 국제 학술지 ‘네츄럴 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 6일자로 게재됐다.

이번 연구에 공동 제1저자로 참여한 전 교수는 “연구에서 제시하는 형상 변화와 전기적 분극 특성을 결합한 새로운 모션 제어 원리는 향후 마이크로 로보틱스 및 능동 입자 기반 시스템 설계에 활용될 수 있는 중요한 기초 토대를 제공할 것”이라고 말했다.

구미=배소영 기자 [e-mail]