<클릭 사이언스>(5)바이오일렉트로닉스

　생물체의 뛰어난 기능을 응용하는 바이오테크놀로지가 눈부시게 발전하고 있다.

　하지만 뇌의 정보처리나 신경전달, 에너지 변환 혹은 생체막이 갖는 정보수용이나 전달기능, 물질 운송기능 등 뛰어난 생체기능은 아무리 뛰어난 컴퓨터라도 모방할 수 없다. 이러한 생체기능을 전자공학 분야에 응용하려는 생물전자공학(바이오일렉트로닉스)이 최근 각광을 받고 있다.

　생물전자공학은 생체기능을 모델로 해 바이오컴퓨터나 새로운 정보전달시스템, 에너지 생산 및 변환시스템, 새로운 센서 등을 실현시키려는 것이다. 현재 바이오일렉트로닉스에는 바이오센서·광스위치 소자 등 생체 관련 물질과 일렉트로닉스를 조합한 분야가 각광을 받고 있다.

　바이오일렉트로닉스는 생체신경계와 같은 생체정보처리계의 해명, 신경세포의 성장제어를 다루는 생물의 일렉트로닉스에 의한 제어, 단백질에 의한 패턴인식과 같은 생체재료의 일렉트로닉스 응용, 신경회로망과 같은 생체정보처리의 모델화 등 넓은 범위에 걸쳐 있다.

　현재 가장 앞서있는 바이오일렉트로닉스 분야는 생물이 물리·화학적 정보를 감지하는 기능을 모방한 바이오센서다. 고정화 효소나 고정화 미생물을 매개로 물질의 분해 합성이나 화학변환 등을 행하는 생물 반응기 혹은 반응시스템인 바이오리액터를 전극과 조합해 물질의 농도를 전기신호로 변환시키는 장치를 바이오센서라 한다.

　최근에 개발된 바이오센서의 경우 발광박테리아를 영양배지에 고정, 최소한의 영양만을 공급해 최소크기를 유지한 후 독성에 의해 변하는 생물학적 발광량을 측정해 독성화학물을 탐지할 수 있다. 바이오센서는 제작 및 조작이 간편하고 반응을 신속히 탐지할 수 있어 휴대 가스독성센서로 다양하게 응용될 것으로 전망된다.

　실리콘 같은 무기물 대신 단백질 분자 등을 소재로 이용하는 생물전자소자도 각광을 받고 있다.

　이는 생명체의 최소단위인 생체분자를 나노미터 수준에서 배열해 각 생체분자가 전자소자로서 기능을 수행하게 하는 것이다. 생물전자소자의 경우 열발생이 매우 적기 때문에 고밀도 집적이 가능하고 생물분자의 자기조립 및 배양성에 의해 극미세 가공이 가능하며 제작비용을 절감할 수 있다. 또 분자간에 정보전달을 수행함으로써 정보전달의 속도를 향상시키고 정보교환시 오차를 줄일 수 있다.

　특히 분자단위로 정보의 저장과 읽기가 가능해 광메모리 소자로 사용될 수 있으며 이를 이용하면 테라비트급 바이오메모리가 가능하다. 기존의 실리콘을 이용한 전자소자는 집적화 과정에서 물리적인 한계가 존재한다. 하지만 바이오메모리의 경우 이러한 한계를 극복할 수 있어 차세대 기억소자로 대용량 정보처리에 의한 정보통신, 전자, 컴퓨터 기술분야에 파급효과가 클 것으로 예상된다.

　

<관련사이트>

　

　해외사이트

　ABTECH http://www.abtechsci.com

　스탠퍼드대학 http://transducers.stanford.edu

　노스텍사스대학 http://nervous.cnns.unt.edu

　

　국내사이트

　서강대 화학공학과 http://www.sogang.ac.kr/∼biotech

　서울대 초미세 생체전자시스템 연구센터 http://nanobio.snu.ac.kr

　

<권상희기자 shkwon@etnews.co.kr>