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모세혈관 속 적혈구, 기차처럼 줄지어 경로 선택한다

2019년 04월 24일 13:37
이미지 확대하기연구진이 실험에 쓴 미세유체 시스템이다. 이 시스템을 통해 모세혈관 속 적혈구의 주기운동에 대한 가설을 제시했다. 기초과학연구원 제공
연구진이 실험에 쓴 미세유체 시스템이다. 이 시스템을 통해 모세혈관 속 적혈구의 주기운동에 대한 가설을 제시했다. 기초과학연구원 제공

한 운전자가 도로 위를 달리고 있다. 네비게이션의 안내에 따라 덜 막히는 경로로 이동한다. 다른 운전자도 동일한 경로를 선택하며 한산하던 길이 막히고 막히던 길은 정체가 점차 해소된다. 도로처럼 여러 경로로 연결된 집합을 ‘네트워크’, 교통체증처럼 반복되는 변동을 ‘주기운동’이라 한다. 


주기운동은 모든 네트워크에서 발견된다. 하지만 이론적으로 정확히 설명되지 않았다. 이런 가운데 국내연구팀이 처음으로 모세혈관이라는 네트워크 속 적혈구가 기차처럼 줄지어 경로를 선택한다는 가설을 제시했다.


기초과학연구원(IBS)는 바르토슈 그쥐보프스키 첨단연성물질연구단 그룹리더와 올게르 시불스키 연구위원 연구팀이 아주 얇고 긴 관에 흐르는 액체방울에서 네트워크 주기운동의 원리를 알아냈다고 24일 밝혔다.


연구팀은 네트워크 주기운동을 알아보기 위해 미세유체 시스템을 이용했다. ‘칩 위의 실험실’이라고 불리는 미세유체 시스템은 마이크로미터 크기 지름의 미세한 관 안에 액체방울 흐름을 조종할 수 있다. 이런 방식으로 각종 시료의 처리할 수 있어 연구의 용이성과 장점이 크다. 그동안 단순한 경로로 이뤄진 미세유체 시스템에 대한 연구는 많이 이뤄졌지만 길고 복잡한 네트워크를 흐르는 미세유체 연구는 이뤄진 적이 없었다.


연구팀은 길고 복잡한 네트워크를 흐르는 미세유체 연구를 진행했다. 두 갈래로 갈라지는 네트워크에 액체방울을 일정한 간격으로 흘려보냈다. 두 경로가 완전한 대칭을 이뤄 액체방울들이 각 경로를 택할 확률은 50 대 50으로 동일하다. 


연구팀은 일정 시간이 지나자 주기운동이 나타나는 것을 확인했다. 흘려보낸 액체방울들은 처음에는 두 경로로 고르게 흩어졌으나 곧 편향성이 발생했다. 액체방울들이 기차처럼 줄을 지어 한 경로를 선택하면 다음 액체방울들은 다른 경로로 출발하는 주기운동이 일어났다. 또 추가 실험을 통해 균일한 흐름이 있던 네트워크에도 주기운동이 발생하는지 연구한 결과, 네트워크 환경과 상관없이 자발적으로 주기운동이 생기는 것을 확인했다. 


연구팀은 “1920년 노벨생리의학상을 수상한 덴마크의 아우구스트 크로르가 모세혈관 주기운동을 발견한 100년 이래로 정확히 밝혀지지 않았던 모세혈관 주기운동의 원리를 알아낸 것이 이번 연구의 의의”라며 “실험에 쓰인 네트워크 속 액체방울과 마찬가지로, 지름은 6~7μm인 모세혈관에는 지름 6μm 적혈구가 관에 꼭 맞게 이동한다”고 말했다. 


시불스키 연구위원은 ““미세유체 네트워크는 모세혈관, 잎맥 등 생명체에서 중요한 역할을 하며 그 주기운동을 이해하는 것은 모세혈관을 물리적으로 이해하는데 도움이 된다”며 “이번 연구를 토대로 생명, 화학공학에 쓰이는 다방면의 미세유체 시스템 설계를 향상시킬 수 있을 것”이라고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 피직스’ 23일자에 발표됐다. 

 

이미지 확대하기기초과학연구원(IBS)는 바르토슈 그쥐보프스키(왼쪽) 첨단연성물질연구단 그룹리더와 올게르 시불스키(오른쪽) 연구위원 연구팀이 아주 얇고 긴 관에 흐르는 액체방울에서 네트워크 주기운동의 원리를 알아냈다고 24일 밝혔다. IBS 제공
기초과학연구원(IBS)는 바르토슈 그쥐보프스키(왼쪽) 첨단연성물질연구단 그룹리더와 올게르 시불스키(오른쪽) 연구위원 연구팀이 아주 얇고 긴 관에 흐르는 액체방울에서 네트워크 주기운동의 원리를 알아냈다고 24일 밝혔다. IBS 제공

 

 

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