DNA는 생명체의 설계도와 같으며, 네 가지 염기의 상보적 결합을 통해 정교한 이중 나선 구조를 형성합니다. 이러한 성질을 활용한 'DNA 오리가미' 기술은 원하는 모양의 나노 구조를 자유자재로 설계하고 자가 조립할 수 있게 해줍니다. 서울대학교 기계공학과 김도년 교수 연구팀은 약 15,000개의 염기로 이루어진 복잡한 DNA 오리가미 구조를 분석하기 위해 대규모 시뮬레이션을 수행했습니다. 이는 정밀한 염기 서열 설계를 통해 세포 표적 치료나 나노로봇 제작 등에 활용될 수 있는 기능성 소재를 만드는 핵심적인 토대가 됩니다.

염기 서열을 프로그래밍하여 원하는 모양을 만드는 DNA 오리가미는 나노 기술 분야에서 전례 없는 가능성을 제시합니다.

거대한 DNA 나노 구조의 조립 과정을 이해하기 위해서는 분자 수준의 상호작용을 계산하는 방대한 연산 능력이 필요합니다. 연구팀은 국가 슈퍼컴퓨터 '누리안'을 활용하여 수천 개의 노드에서 분할 연산을 수행함으로써, 이전에는 불가능했던 세계 최대 규모의 시뮬레이션을 성공적으로 이끌어냈습니다. 10만 개의 코어를 3개월간 가동하여 얻은 데이터는 이온 농도 변화에 따른 구조적 안정성과 기계적 특성을 규명하는 데 기여했습니다. 이러한 물리화학적 특성 조사는 DNA 구조체가 실제 환경에서 어떻게 반응하고 결합하는지 예측하는 데 중요한 역할을 합니다.

DNA 오리가미 기술의 가장 유망한 응용 분야 중 하나는 지능형 약물 전달 시스템입니다. 상자 모양으로 설계된 DNA 구조체 내부에 약물을 안전하게 보관한 뒤 인체에 주입하면, 특정 표적 장기에서만 구조가 열리며 약물을 방출하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 이는 기존 방식보다 훨씬 정밀하고 부작용이 적은 치료를 가능하게 합니다. 슈퍼컴퓨팅 기술로 정교해진 DNA 나노 기술은 바이오센서와 차세대 나노 소자 개발을 가속화하며 미래 의료 및 공학 분야에서 혁신적인 변화를 일으킬 것으로 기대됩니다.