국립부경대학교 화학과 곽민석 교수 연구팀이 독일 RWTH 아헨공과대학교 안드레아스 헤르만 교수 연구팀과 공동으로 초음파 신호를 받으면 특정 분자 결합만 선택적으로 끊어지는 DNA 기반 분자 스위치 플랫폼(DNA-MP-DNA)을 개발했다.

기존 고분자 기반 초음파 기계화학은 유연한 고분자 구조 탓에 초음파 에너지가 분산돼 목표 결합에 힘이 정확히 전달되지 않았다. 의도치 않은 부위가 먼저 끊어지거나 반응 시간이 길어지는 문제도 있었다. 연구팀은 구조적 안정성과 부분적 유연성을 동시에 갖춘 DNA 이중나선에 주목해 이 같은 한계를 돌파했다.

연구팀이 설계한 플랫폼은 메카노포어 양쪽에 각각 100~1000 bp DNA 가닥을 연결한 구조다. 실험 결과 250 bp 이상 DNA 구조에서 15분 안에 메카노포어 영역 절단율이 99.9% 수준에 달했으며 DNA 자체는 손상되지 않았다.

피부와 비슷한 환경에서 진행한 1 MHz 저강도 초음파 실험에서도 약 80% 이상의 선택적 절단이 안정적으로 이뤄져 실제 의료용 초음파 조건에서의 활용 가능성도 확인했다.

이 플랫폼은 서로 다른 구조의 메카노포어를 손쉽게 교체해 성능을 비교·평가할 수 있다는 점도 강점이다. 연구팀은 전산 계산으로 32종의 메카노포어 후보를 스크리닝하고 구조에 따른 반응성 차이를 체계적으로 분석했다.

곽민석 교수는 "기존 고분자 메카노포어가 '망치'였다면 DNA 메카노포어는 세밀한 '수술용 메스'에 가깝다"며 "이 기술이 기계화학 연구의 패러다임을 바꿀 가능성이 높다"고 밝혔다.

연구팀은 이 플랫폼을 초음파 유도 약물 방출 시스템, 초음파 기반 바이오센서, 스마트 치료 소재 등으로 확장할 계획이다. 이번 연구 논문은 화학 분야 최상위권 국제학술지 'Chem'에 게재됐다.