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네트워크로 모세혈관 주기운동 '비밀' 풀다

IBS, 미세유체 시스템에 네트워크 적용···자발적 주기운동 확인
미세유체 네트워크 실험과 시뮬레이션 테스트. <사진 = IBS 제공>미세유체 네트워크 실험과 시뮬레이션 테스트. <사진 = IBS 제공>

국내 연구진이 모세혈관 속 적혈구의 주기운동을 설명하는 가설을 제시했다.

IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 첨단연성물질 연구단의 바르토슈 그쥐보프스키 그룹리더(UNIST 자연과학부 특훈교수)와 올게르 시불스키 연구위원이 아주 얇고 긴 관에 흐르는 액체 방울에서 네트워크 주기운동을 발견, 모세혈관의 혈류 변동을 새로운 방식으로 설명하는 데 성공했다고 24일 밝혔다.

미세유체 시스템은 마이크로미터(μm) 크기 지름의 미세한 관 안에 액체 방울 흐름을 조종하는 방식으로 일명 '칩 위의 실험실(lab on a chip)'로 각광받는 분야다.

연구진은 미세유체 시스템에 네트워크를 처음으로 적용했다. 두 갈래로 갈라지는 네트워크에 액체 방울을 일정한 간격으로 흘려보냈다. 일정 시간이 경과하자 주기운동이 관찰됐다. 이로써, 연구진은 실험과 시뮬레이션 모두에서 주기운동을 관찰하는 데 성공했다.

실험에 사용된 네트워크는 출발점에서 갈라지는 두 경로가 완전히 대칭을 이루기 때문에 액체 방울들이 각 경로를 택할 확률은 50 대 50으로 같았다. 그러나 곧 편향성이 생기기 시작했다. 액체 방울들이 열차처럼 줄을 지어 한 경로를 선택하면 다음 액체 방울들은 다른 경로로 출발하는 주기운동을 확인할 수 있었다.

이후 연구진은 균일한 흐름이 있던 네트워크의 주기운동을 확인하고자 추가 실험을 진행했다. 하지만 양쪽 경로로 균일하게 보내지는 액체 방울들에는 주기운동이 나타나지 않았다. 원래대로 하나씩 액체 방울을 생성하자 수 분 뒤에 다시 주기운동이 나타났다. 결과적으로 연구진은 네트워크 환경과 상관없이 자발적으로 주기운동이 생긴다는 결론을 얻었다.

제1 저자이자 교신저자인 올게르 시불스키 연구위원은 "미세유체 네트워크는 모세혈관, 잎맥 등 생명체에서 중요한 역할을 한다"며 "여기에서 발생하는 주기운동을 이해하는 것은 모세혈관을 물리적으로 이해하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 국제 학술지 '네이처 피직스(Nature Physics)'에 23일자로 게재됐다.
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