“하버드·포스텍이 뭉쳤다더니”…반도체 칩으로 ‘이것’ 뚝딱 만들자 ‘대반전’

반도체 기술과 생명공학이 만나 바이오 제조의 패러다임을 바꿀 새로운 돌파구가 마련되었다. 최근 하버드대와 포스텍 연구팀이 실리콘칩 위에서 물을 이용해 DNA를 합성하는 데 성공하며 바이오 생산의 비용 구조를 획기적으로 낮출 길을 열었다.

현재의 DNA 합성은 대형 중앙 시설에 의존하며 유해한 유기용매를 사용하는 등 제약이 많다. 반면 연구팀이 구현한 효소 기반 합성 기술은 안전한 물에서 작동하며, 병렬 대량 생산의 초석을 다졌다는 점에서 의미가 남다르다.

이 방식은 실리콘칩 전극에 전류를 흘려 국소적으로 산성 환경을 조성하고, 수소이온을 조절해 원하는 위치에서 DNA 합성을 유도한다. 연구팀은 64개의 서로 다른 DNA 서열을 동시에 만들어내며 기술적 타당성을 입증했다.

이번 실험에서는 169바이트 분량의 텍스트 정보를 DNA 서열에 저장하는 성과도 함께 확인되었다. 이는 DNA가 생명공학 재료를 넘어 초고밀도 장기 데이터 저장 매체로 활용될 수 있는 가능성을 보여준다.

실험실의 바이오파운드리, 반도체 기술로 열리는 제조 혁신

이 기술이 상용화되면 바이오파운드리 분야의 작업 속도가 비약적으로 빨라질 전망이다. 기존의 외주 제작 방식 대신 칩 기반 장비를 실험실 가까이 두면 연구의 설계와 검증 회전율을 획기적으로 높일 수 있다.

반도체 칩을 플랫폼으로 택한 이유는 실리콘 공정의 미세한 위치 제어력과 대량 생산 능력 때문이다. 하나의 장비에서 수많은 서열을 동시에 만드는 병렬화가 가능해지면 생산 효율은 극대화된다.

화학 합성 방식의 무거운 공정 대신 물 기반 효소 합성이 도입되면 폐기물 관리 비용과 운송 부담이 줄어든다. 이는 바이오 제조의 진입 장벽을 낮추어 합성생물학이나 백신 개발 분야의 연구 주기를 단축할 것으로 기대된다.

DNA 데이터 저장은 아직 시장 초기 단계지만, 장기 보관이 필요한 기록이나 연구 데이터 시장에서 높은 저장 밀도를 가진 DNA는 강력한 대안이다. 경제적 관점에서도 플랫폼이 구축되면 연관된 시약과 소모품 시장이 함께 성장할 수 있다.

한국 산업계에는 반도체 미세 공정 역량과 바이오 제조를 결합할 기회가 생겼다. 칩 패키징, 정밀 유체 제어, 분석 소프트웨어 등 기존 반도체 장비 기업과 바이오 업체가 협력할 공간이 넓어지고 있기 때문이다.

소모품의 표준을 선점하는 기업은 장기적인 수익 모델을 확보할 가능성이 크다. 효소와 보호기 화학 등 반복적으로 사용되는 소모품 시장은 플랫폼 구축 이후 산업화의 중요한 축이 될 전망이다.

다만 합성과정에서 중간 물질이 확산되어 반응 경계가 흐려지는 문제는 여전히 해결해야 할 과제이다. DNA 합성에서 염기 하나만 틀려도 결과물이 달라지는 만큼, 오류율을 최소화하고 길이를 확장하는 정밀 제어가 상용화의 핵심이다.

장비 제조부터 칩 설계, 효소 및 분석 소프트웨어에 이르는 새로운 공급망이 형성될 흐름은 분명하다. 이번 성과는 단순히 실험적 성공을 넘어 바이오 제조가 반도체식 대량 병렬 생산 체제로 진화할 수 있는지 확인하는 출발점이다.

바이오와 반도체의 결합, 기술적 과제를 넘어설 다음 단계

향후 주목해야 할 지표는 합성 가능한 DNA의 길이와 오류율, 그리고 실제 칩의 재사용 가능 여부다. 이러한 기술적 숙제들을 하나씩 해결해 나가는 과정이 바이오 산업의 경쟁력을 결정지을 것으로 보인다.

연구팀이 실질적인 성과를 거둔 만큼, 단순 의약품 생산을 넘어 합성생물학 전반의 장비와 소재 시장을 선점하기 위한 경쟁은 더욱 치열해질 전망이다.

바이오와 반도체라는 두 분야의 결합은 단순한 기술 융합을 넘어 미래 산업의 새로운 표준을 제시하고 있다. 한국이 보유한 반도체 공정 강점과 바이오 연구 역량이 시너지를 낼 수 있다면 세계 시장의 주도권을 확보할 가능성은 충분하다.

결국 DNA 합성이 반도체처럼 대량 생산되는 시점은 고도화된 장비와 최적화된 공정 표준에 달려 있다. 지금의 연구 결과가 향후 어떤 산업적 파급력을 불러올지 글로벌 바이오 업계의 시선이 집중되고 있다.