DNA 3D 프린터가 마이크로칩 설계를 혁신할 수 있는 방법

미국 컬럼비아대학교와 브루크헤이븐 국립연구소 연구진은 DNA로 만든 구성 요소를 이용해 복잡한 3차원 나노구조를 조립했다. Nature Materials에 발표한 연구는 계산 설계와 분자의 자기조립을 결합한다. 완성된 마이크로칩을 출력하는 일반적인 3D 프린터를 만든 것은 아니다.

DNA를 구성 요소로 사용하는 이유

DNA 가닥은 염기 서열에 따라 서로 결합할 수 있다. 연구진은 이 성질로 정팔면체 모양의 DNA 오리가미 구성 요소, 즉 복셀을 만들었다. 복셀의 결합 위치를 코드화하면 어떤 복셀이 연결될지 결정할 수 있다. 복셀 내부에 붙인 나노입자의 위치도 이 방식으로 조절할 수 있다.

목표 구조에서 거꾸로 설계하기

논문에서는 원하는 최종 구조를 먼저 정하고 대칭성을 분석해 필요한 복셀과 DNA 결합의 종류를 계산했다. 반복되는 복셀 묶음을 ‘메조복셀’이라고 한다. 알맞게 설계한 복셀을 섞으면 목표 결정 구조로 자기조립할 수 있다. 그렇다고 계획이나 실험 조정 없이 임의의 모든 모양을 만들 수 있다는 뜻은 아니다.

실제로 만든 구조

연구진은 낮은 차원의 입자 배열, 나선형 무늬, 페로브스카이트 결정과 유사한 나노구조, 분산 브래그 반사체 등 여러 주기적 배열을 구현했다. DNA 틀에 금 나노입자를 결합한 예도 있다. 현미경과 산란 측정으로 생성 구조를 살펴보고 계산 결과와 비교했다.

이 방법은 향후 광학 또는 다른 기능성 나노재료 개발에 도움이 될 수 있다. 그러나 연구가 작동하는 새 프로세서나 뉴로모픽 컴퓨터, 상업적 생산 비용 또는 출시 날짜를 입증한 것은 아니다. DNA 틀을 오래가는 무기물 부품으로 바꾸는 것은 별도의 개발 단계다.

관련 기업

Applied Materials는 반도체 산업에 장비를 공급하지만 이 DNA 조립 연구의 참여자로 언급되지 않았다. 연구 결과만으로 회사의 매출이나 주가를 예측할 수 없다.

Applied Materials (AMAT )

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출처: Kahn, J. S. 외, Nature Materials 24, 1273–1282 (2025), doi:10.1038/s41563-025-02263-1.