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형상 변환 하이드로겔을 만드는 DNA
DNA sequences shape-shift hydrogels

해외과학기술동향

2017-09-19


존스 홉킨스 대학(Johns Hopkins University)의 연구진은 하이드로겔에 DNA를 삽입함으로써 꽃이나 게와 같은 특정 모양을 가진 재료를 만드는데 성공했습니다. 이러한 형상 변환 겔은 소프트 로봇 및 정밀 의학 분야의 형상 및 기능성을 변화시키는 장치를 만드는데 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

하이드로겔은 화학적으로 연결된 고분자로 만들어진다. 과학자들은 와이어 삽입을 이용해서 전기장으로 하이드로겔을 변형시킬 수 있었다. 그러나 이러한 와이어는 부피가 크고, 제한된 환경에서만 작동된다. 이런 문제를 해결하기 위해서 온도, pH, 빛과 같은 외부 자극을 재료의 형상 변화에 사용하였다. 그러나 이러한 자극은 형상 변화를 원하는 방식으로 할 수 없다는 단점을 가지고 있었다.

이번 연구진은 폴리아크릴아미드 하이드로겔 속에 DNA 사슬을 삽입하는 방법을 개발했다. DNA 쌍은 부분적으로 혼성화되도록 사슬을 설계했다.

DNA 링커 속에 헤이핀(hairpin)을 삽입함으로써 하이드로겔 내부에 DNA 가교결합을 확장시켰다. 한 개의 헤어핀을 삽입하는 것은 가교 결합이 더 길어지게 만들었다. 게 또는 꽃 모양의 50 개의 헤어핀은 각각 가교결합을 한 것으로 추정되었다.

서로 다른 물질로 구성된 층 속에 광 패턴 처리를 함으로써 꽃이나 게 모양을 형성할 수 있었다. 이러한 구조는 하이드로겔이라고 부르고, 서로 다른 유형의 물질로 구성된 복합체이다.

이 연구의 목적은 생체 분자가 기계의 움직임처럼 제어할 수 있는지를 알아내는 것이다. 이 구조는 와이어가 필요 없고, 좁은 공간이나 비뚤어진 공간에서 유용하게 적용될 수 있고, 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.

이 연구는 생체 화학 신호를 검출하고 반응할 수 있는 생물학적 장치를 만드는데 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Science에 “DNA sequence–directed shape change of photopatterned hydrogels via high-degree swelling” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1126/science.aan3925).

  • 관련연구자

    Rebecca Schulman

  • 관련기관

    Johns Hopkins University

  • 과학기술분류

    재료, 생명과학

  • 본문키워드(한글)

    하이드로겔, 디엔에이, 형상 변환, 물질

  • 본문키워드(영문)

    hydrogel, DNA, shape change, material

  • 원문언어

    영어

  • 국가

    미국

  • 원문출판일

    2017-09-15

  • 출처

    http://nanotechweb.org/cws/article/tech/69960