▲이미지(일본경제신문)

일본 홋카이도대학 연구진이 약물전달시스템(DDS)으로 활용할 수 있는 분자 로봇을 개발했다.

일본경제신문에 따르면 홋카이도대학 물질화학연구실 ‘가쿠고 아키라(角五彰)’ 교수팀은 간사이대학(関西大学)·도쿄공업대학 연구진과 공동으로 DNA나 단백질 등 생체분자를 활용해 미세한 인공근육을 개발했다. 근육의 수축 구조를 응용해 화학 에너지를 효율적으로 동력 에너지로 변환해 구동할 수 있는 분자 로봇이다.

오는 2030년 상용화를 목표로 하고 있는데 혈관 내부를 스스로 이동하면서 약물을 방출하고 부작용을 최소화할 수 있는 약물전달시스템(DDS)으로 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이번에 개발한 인공근육은 성게처럼 중심에서 방사상으로 섬유가 튀어나와 있으며 직경 20마이크로 미터의 구형체를 다수 결합했다. 구형체의 중심에는 인공 합성된 DNA를 겹쳐 코어를 만들었다.

섬유는 직경 약 25나노미터, 길이 약 10마이크로 미터의 원통형 미소관(微小管)'을 채택했다. 미소관은 살아있는 세포 속에 존재하는 단백질에서 생긴 구조물의 일종이다.

이 분자 로봇은 사람의 근육이 수축하는 구조를 모방했다. 미소관 위에 미끄러지듯 움직이는 키네신(kinesin)이라는 단백질을 첨가하면 미소관들끼리 끌어당기면서 인공근육처럼 작동한다. 화학 에너지의 일종인 아데노신 삼인산(ATP)을 추가하면 키네신이 움직이고 인공근육 전체적으로 수축한다. 원래 크기의 40 분의 1 정도까지 작아지지만 에너지 변환 효율은 70~80%로 높아진다. 구형체의 결합 수에 따라 수십 마이크로 미터에서 손바닥 크기까지 만들 수 있다.

DDS로 사용할 경우는 체내의 ATP를 이용해 지속적으로 움직이도록 할 수 있다. 그동안 겔(gel) 등의 고분자에 전기를 통하거나 가열하는 방식으로 수축시키는 인공근육 연구를 진행해왔지만, 에너지 변환효율이 낮고 재료를 취급하는 것도 힘들었다. 이번에 개발된 기술을 실용화하기 위해선 수축한 인공근육을 원래대로 회복하고 수축하는 속도를 향상시킬 필요성이 있다.