1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

하이드로젤은 외부 자극 (빛, 온도, pH 등)에 반응하여 부피가 변하는 특성을 지니고 있습니다. 이러한 성질로 인해 하이드로젤은 형상 변화 (shape morphing)를 위한 재료로 널리 사용되었습니다. 그러나 기존의 형상 변화 하이드로젤은 다음과 같은 한계를 가지고 있었습니다.
   1. 복잡한 제작 과정: 자극에 대한 반응성이 서로 다른 다양한 종류의 하이드로젤을 조합해 복잡한 구조를 형성해야 하므로, 제작이 까다롭습니다.    

   2. 제한된 변형 가능성: 하이드로젤의 제작 과정에서 변형될 수 있는 형상의 경우의 수가 미리 정해져 자유자재로 변형이 불가능합니다.    

   3. 지속적인 자극의 필요성: 변형 상태를 유지하기 위해서는 지속적인 자극이 필수적이며, 경우에 따라 형상을 재구성하기 위해서는 용액을 교체해야 하는 상황도 존재합니다.

저희 연구진은 기존 형상 변화 하이드로젤이 가지고 있던 한계점들을 모두 극복한 다중 형상 변환 (polymorphing) 하이드로젤을 개발했습니다. 다중 형상 변화 하이드로젤의 핵심 기술은 가교제 (cross-link)의 길이를 자유자재로 조절하는 것입니다. 가교제의 길이에 따라서 하이드로젤은 수축하거나 팽창하며, 특정 부위의 가교제의 길이를 선택적으로 조절이 가능할 경우 하이드로젤의 다중 형상 변화가 가능합니다. 특히, 저희는 특정 부위에 선택적으로 가할 수 있는 빛을 자극으로 사용해 광 반응성 물질 (azobenzene)을 이용해 DNA 기반 가교제를 설계했습니다. 그 결과, 빛의 파장에 따라 DNA 가교제의 신장과 분해를 유도하는 광 반응성 물질에 의해 단일 하이드로젤의 특정 부위에 해당하는 가교제의 길이를 선택적으로 조절 가능했습니다. 또한 DNA의 특징인 결합의 가역성과 유지성을 이용해 가교제의 길이를 지속적으로 조절함으로서 하이드로젤의 재변형이 가능했으며 추가적인 자극 없이 DNA 가교제의 길이가 유지되어 하이드로젤의 형상이 유지되었습니다. 추가적으로 길이가 감소한 DNA 가교제의 구성 요소는 하이드로젤이 담겨있는 용액으로 빠져나가기 때문에 빛의 파장에 따라 재사용이 가능해 추가적인 용액 변경이 필요하지 않았습니다.

저희 연구진이 처음으로 제시한 광 반응성 DNA 가교제를 이용한 다중 형상 변화 하이드로젤은 액츄에이터로 사용이 가능하며, 소프트 로보틱스 또는 시간에 따라 3D 형태로 구조가 변형되는 4D 프린팅과 같은 복잡한 형상 변화가 필요한 분야에서 사용될 것으로 기대됩니다. 나아가 다양한 DNA 기작을 적용할 경우 단순히 형상 변화에 그치지 않고, 하이드로젤 기반의 논리 회로와 같은 더 넓은 응용 범위로 확장될 수 있을 것으로 예상됩니다.

연구 과정에서 생긴 에피소드는 하이드로젤에 빛을 조사하기 위해 사용한 마스크리스 리소그라피 시스템의 광원 정렬 문제였습니다. 경로에 따라 세기가 달라지는 빛의 특성상, 광원 정렬이 미세하게 어긋난 경우 실험 결과에 큰 영향을 미쳤습니다. 이를 해결하기 위해 광원의 경로를 반복적으로 조정하며 시스템을 정밀하게 이해할 수 있었고, 이를 통해 장비 구축의 중요성을 깨달았습니다. 이 경험은 저를 더욱 숙련된 연구자로 성장시켜 준 계기가 되었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

저는 광주과학기술원 (GIST) 신소재공학부 최영재 교수님의 Nucleic acids Design Studio (NDS) 소속으로, NDS의 유능한 연구자들과 함께 연구를 진행했습니다. 저희 연구실은 크게 DNA 메모리, 나노-마이크로 로봇, DNA 합성이라는 세 가지 주요 연구 분야를 중심으로 연구를 수행하고 있습니다.

항상 많은 관심과 지원을 아끼지 않으시는 존경하는 최영재 교수님의 지도 아래, 연구실 구성원들은 각자 자신이 맡은 연구 주제를 깊이 탐구하며 책임감을 가지고 전문적이고 독립적인 연구자로 성장하고 있습니다. 연구실에서 진행되는 모든 연구는 독창성과 잠재력을 갖추고 있어 경쟁력이 뛰어나며, 앞으로의 발전 가능성도 매우 큽니다. 또한 교수님과 NDS 구성원 간의 긴밀한 협력과 열정이 연구 성과를 극대화하는 가장 큰 원동력이 되고 있습니다.
(연구실 홈페이지: https://www.choi.science/home)

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

기존에 존재하지 않았던 새로운 연구를 진행하는 과정은 매우 흥미로웠고, 그 과정에서 성취감 또한 자연스럽게 따라왔습니다. 특히, 혼자서는 생각하지 못했던 부분들을 동료 연구원들과 논의하며 해결하는 과정이 가장 즐거웠습니다. 이러한 과정을 통해 연구자로서의 역량을 갖추며 성장할 수 있었습니다. 무엇보다 최영재 교수님을 비롯한 NDS의 모든 구성원들과 함께 연구를 수행할 수 있었다는 점은 저에게 큰 자부심이자 보람으로 남습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

끈기와 노력, 인내, 창의력 등 다양한 요소는 모두 대학원 생활에 필요한 자질입니다. 하지만 이 모든 것 보다도 가장 중요한 것은 연구를 즐기는 마음이라고 생각합니다. 연구를 진심으로 즐길 수 있다면, 앞서 언급한 요소들은 모두 자연스럽게 뒤따라올 것입니다. 또한 체력도 굉장히 중요하다고 생각합니다. 저는 평소에 다양한 운동을 통해 건강을 유지하고 있으며, 이를 통해 연구 활동을 지속할 수 있는 에너지를 얻고 있습니다. 결국, 연구를 즐길 수 있는 긍정적인 마음과 건강한 체력을 유지한다면 연구와 대학원 생활에 많은 도움이 될 수 있을 것입니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저는 앞으로도 연구 활동을 지속하며, 마이크로 로봇 분야와 하이드로젤을 활용한 논리 회로 등 독창성과 창의성이 필요한 다양한 분야에 대한 연구를 진행할 계획입니다. 앞으로 수행할 다양하고 창의적인 연구 활동을 기대해주시면 대단히 감사드리겠습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

무지했던 저를 인턴 시절부터 현재 석사과정에 이르기까지 물심양면으로 지도해주신 최영재 교수님께 진심으로 고개 숙여 감사드립니다. 또한 연구 컨셉과 아이디어를 제시하며 연구를 성공적으로 이끌어준 노준호 연구원과 많은 조언을 해주시고 같이 고민해주신 최은진 박사님께도 깊은 감사를 드립니다. 그리고 마스크리스 리소그라피 시스템을 함께 구성하며 도움을 준 김회성 연구원을 비롯해 항상 곁에서 든든한 버팀목이 되어 준 자랑스러운 NDS의 모든 구성원에게도 진심으로 감사의 마음을 전합니다.