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| 국제학술지 ‘Chem’ 표지논문 선정(Selected as Cover Article for International Journal ‘Chem’) | |||
| 작성자 | 대외홍보센터 | 작성일 | 2026-09-11 |
| 조회수 | 469 | ||
| 국제학술지 ‘Chem’ 표지논문 선정(Selected as Cover Article for International Journal ‘Chem’) | |||||
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대외홍보센터 |  |
2026-09-11 |  |
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국립부경대 곽민석 교수팀 ‘DNA 초음파 분자 스위치’ 연구, 국제학술지 ‘Chem’ 표지논문 선정
- DNA로 초음파 힘 전달해 원하는 분자결합만 선택적으로 끊는 기술
- 정밀한 기계화학 반응 구현, 약물전달·바이오센서 등 활용 기대
국립부경대학교 화학과 곽민석 교수 연구팀이 DNA를 이용해 초음파의 기계적 힘을 특정 분자결합에 정밀하게 전달하고, 원하는 결합만 선택적으로 활성화할 수 있는 새로운 ‘DNA 초음파 분자 스위치’ 플랫폼을 개발했다.
이 연구는 DNA를 생체분자가 아닌 기계적 힘을 전달하는 정밀한 분자 도구로 활용한 것으로, 지난 3월 3일 온라인 선공개돼 국내외 주목을 받은 데 이어, 학술적 우수성을 인정받아 화학 분야의 세계적 학술지인 ‘Chem’ 2026년 9월호(제12권 9호) 표지논문(Cover Article)으로 선정됐다. ‘Chem’은 화학 전 분야를 아우르는 셀 프레스의 대표 저널로, 매 호 한 편의 연구만 선정해 표지로 소개한다.
논문 제목은 ‘DNA-mediated force transmission for precise and efficient mechanochemical activation’으로, 제1저자는 국립부경대 김규린 박사, 교신저자는 국립부경대 곽민석 교수와 독일 RWTH 아헨공과대 Andreas Herrmann 교수다. 국립부경대 의공학전공 강현욱·임해균 교수도 공동연구자로 참여했다.
연구팀은 DNA 이중나선의 구조적 특성을 활용해 초음파가 만들어내는 기계적 힘을 특정 지점에 집중시키는 방식으로 기존 기계화학 기술의 한계를 극복했다. 실험 결과, DNA 자체에는 손상을 주지 않으면서 힘에 반응하도록 설계한 특정 분자결합을 높은 선택성과 효율로 절단하는 데 성공했다.
특히 250 염기쌍(bp) 이상의 DNA 구조에서는 15분 이내 목표 지점의 절단율이 99.9%에 달하는 결과를 확인했다. 또한 피부와 유사한 환경에서 실시한 1 MHz 저강도 초음파 실험에서도 DNA 손상 없이 약 80% 이상의 선택적 절단을 안정적으로 구현해 실제 생체환경에서의 활용 가능성도 제시했다.
이번 연구의 핵심은 DNA의 길이를 조절함으로써 전달되는 기계적 힘의 크기를 제어할 수 있다는 것이다. 연구팀은 PCR을 이용해 DNA 길이를 100~1,000 염기쌍 범위에서 조절했으며, DNA가 길어질수록 목표 분자에 전달되는 힘이 증가하는 것을 확인했다. 이를 통해 초음파의 주파수와 DNA의 길이 등 실험 조건을 조절해 분자 수준의 기계적 반응을 설계할 수 있는 기반을 마련했다.
이번에 개발된 기술은 초음파를 외부에서 가해 원하는 위치에서 특정 분자결합을 작동시킬 수 있다는 점에서 향후 초음파 유도 약물 방출 시스템, 바이오센서, 기계적 자극 반응형 치료 소재 등 다양한 생체재료 분야로 확장될 가능성이 있다.
‘Chem’ 2026년 9월호 표지는 이 같은 이번 연구의 원리를 잠수정 조종 장면에 비유해 표현했다. 연구자가 초음파 주파수와 DNA 길이라는 다이얼을 돌려, 수용액 환경에서 의도된 분자결합 하나만 정확히 활성화하는 장면을 형상화했다. 물속에서 작동하는 초음파를 배경으로 DNA 이중나선을 힘 전달 장치로, DNA 중앙의 메카노포어를 초음파의 힘이 집중되는 목표 지점으로 나타냈다. 또한 초음파 주파수와 DNA 길이 등을 조절해 원하는 분자결합의 기계화학적 활성화를 제어한다는 연구의 특징을 시각적으로 담았다.
곽민석 교수는 “기존 고분자 기반 메카노포어가 힘을 넓게 전달하는 망치에 가깝다면, 이번 DNA 기반 메카노포어는 원하는 분자결합을 정밀하게 겨냥하는 수술용 메스에 가깝다”며 “초음파와 DNA를 결합한 이번 플랫폼이 향후 몸속 원하는 위치에서 필요한 시점에 약물을 방출하는 정밀 치료 기술로 발전할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
연구팀은 앞으로 이번 플랫폼을 DNA 나노구조체 및 나노입자 어셈블리 등 다양한 생체재료와 결합해 초음파에 의해 작동하는 약물전달 시스템과 바이오센서, 기계 자극 반응형 치료 소재 등으로 연구를 확대할 계획이다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노·소재기술개발사업 및 지역혁신선도연구센터 등의 지원을 받아 수행됐다. <부경투데이>
Pukyong National University Professor Min-Seok Kwak’s ‘DNA Ultrasound Molecular Switch’ Study Selected as Cover Article for International Journal ‘Chem’
- Technology uses DNA to transmit ultrasonic force and selectively break only targeted molecular bonds
- Enables precise mechanochemical reactions … Expected applications in drug delivery, biosensors, and more
Professor Min-Seok Kwak’s research team in the Department of Chemistry at Pukyong National University has developed a new “DNA ultrasound molecular switch” platform that uses DNA to precisely transmit the mechanical force of ultrasound to specific molecular bonds, enabling selective activation of targeted bonds.
The study uses DNA not as a biomolecule but as a precise molecular tool for transmitting mechanical force. Following its online publication on March 3, the research attracted attention in Korea and abroad and has now been recognized for its academic excellence by being selected as the Cover Article for the September 2026 issue (Vol. 12, No. 9) of Chem, a world-renowned journal in the field of chemistry. Published by Cell Press, Chem is a leading journal covering all areas of chemistry and selects only one study per issue to feature on its cover.
The paper, titled “DNA-mediated force transmission for precise and efficient mechanochemical activation,” lists Dr. Gyu-Rin Kim of Pukyong National University as the first author, with Professor Min-Seok Kwak of Pukyong National University and Professor Andreas Herrmann of RWTH Aachen University in Germany as corresponding authors. Professors Hyun-Wook Kang and Hae-Gyun Lim of the Major of Biomedical Engineering at Pukyong National University also participated as co-researchers.
The research team overcame the limitations of conventional mechanochemical techniques by utilizing the structural properties of the DNA double helix to concentrate the mechanical force generated by ultrasound at specific sites. Experiments showed that the team successfully cleaved specifically designed force-responsive molecular bonds with high selectivity and efficiency without damaging the DNA itself.
In particular, DNA structures longer than 250 base pairs (bp) achieved a cleavage rate of 99.9% at the target site within 15 minutes. In experiments using 1 MHz low-intensity ultrasound under skin-like conditions, the system also consistently achieved more than 80% selective cleavage without DNA damage, demonstrating its potential for applications in actual biological environments.
A key feature of the study is the ability to control the magnitude of transmitted mechanical force by adjusting the length of the DNA. Using PCR, the researchers varied the DNA length from 100 to 1,000 base pairs and found that longer DNA transmitted greater force to the target molecule. These findings provide a foundation for designing molecular-level mechanical reactions by controlling experimental parameters such as ultrasound frequency and DNA length.
The newly developed technology has the potential to be extended to a wide range of biomaterial applications, including ultrasound-triggered drug release systems, biosensors, and mechanically responsive therapeutic materials, as it enables specific molecular bonds to be activated at targeted locations by applying ultrasound externally.
The cover of the September 2026 issue of Chem illustrates the principle behind the study through the metaphor of piloting a submersible. It depicts a researcher turning dials representing ultrasound frequency and DNA length to precisely activate a single targeted molecular bond in an aqueous environment. Against a backdrop of ultrasound operating underwater, the DNA double helix is portrayed as a force-transmission device, while the mechanophore at the center of the DNA represents the target site where the ultrasonic force is concentrated. The cover also visually captures a key feature of the study: the ability to control the mechanochemical activation of a targeted molecular bond by adjusting parameters such as ultrasound frequency and DNA length.
Professor Min-Seok Kwak said, “If conventional polymer-based mechanophores are like hammers that distribute force broadly, this DNA-based mechanophore is more like a surgical scalpel that precisely targets a specific molecular bond. We expect this platform combining ultrasound and DNA to eventually develop into a precision therapeutic technology capable of releasing drugs at the desired location inside the body at the right time.”
The research team plans to further expand the platform by integrating it with various biomaterials, including DNA nanostructures and nanoparticle assemblies, for applications such as ultrasound-activated drug delivery systems, biosensors, and mechanically responsive therapeutic materials.
The study was supported by the Nano and Materials Technology Development Program and the Regional Innovation Leading Research Center Program funded by the Ministry of Science and ICT and the National Research Foundation of Korea. <Pukyong Today>
