감지신호 수천배 증폭… 암세포 특정DNAㆍ중금속 간단하게 찾아내
■사업화 유망 히든테크
(9) KAIST 김봉수 교수 나노구조 이용 생화학물질 검출기술
치명적인 감염질환은 신속ㆍ정확한 진단이 치료의 효과를 좌우한다. 그러나 환자의 감염 부위에서 조직을 떼어낸 후 병원균을 키워서 진단하는 기존 방법으로는 며칠에서 몇 주라는 긴 시간이 걸린다.
김봉수 KAIST 교수(화학과)팀은 나노물질이 갖는 독특한 성질을 이용, 사람의 생명을 위협하는 감염병균부터 암세포에만 있는 특정 DNA, 질병을 일으킬 수 있는 중금속 등을 간단하게 검출하는 기술을 개발했다.
기술의 핵심은 금으로 만든 나노선과 나노입자를 이용한 표면증강 라만산란(SERS) 신호. 라만신호는 빛을 이루는 광자가 물질을 통과할 때 나타나는 고유한 분자진동 스펙트럼으로, 이를 분석하면 물질 정보를 얻을 수 있다. 그런데 금속 표면을 수나노미터 정도로만 떨어뜨리면 분자진동 스펙트럼이 수천배 이상 커지는 특성이 있다. 이를 이용하면 물질을 훨씬 정확하게 감지할 수 있다.
연구팀은 금 필름 위에 금 나노선을 올리거나 금 나노선 위에 금 나노입자를 올리는 방식으로 이런 틈을 만들었다. 이 틈에 물질을 넣고 레이저를 쪼여주면 강한 신호가 나와 물질을 정확하게 감지할 수 있다.
이효만 박사과정생은 "라만신호가 분자진단에 유효하지만 그동안 실제 현장에서 못 쓰였던 것은 신호 세기가 약했기 때문"이라며 "금속 표면간의 틈, 즉 `핫스팟'을 만들어 신호 세기를 수천배로 키움으로써 실생활에서 쓸 수 있다"고 말했다.
이 연구실의 강점은 이런 특성을 갖는 나노소재 표면을 단결정으로 매끄럽게 만드는 합성기술이다. 1㎚ 정도의 거칠기만 있어도 신호 검출이 제대로 안 된다.
이렇게 만든 검출기술은 DNA에서 단백질, 펩타이드 등 생체를 이루는 유기물에서부터 중금속까지 찾아낼 수 있다. 나노선 표면에 찾고자 하는 DNA와 잘 결합하는 수용체를 붙여 해당 DNA를 강하게 붙잡게 하거나, 특정 중금속과 잘 붙는 물질을 붙이는 방식이다. 나노선에 붙은 수용체가 DNA와 결합하면 금 나노입자가 자동으로 붙는 방법도 있다.
특히 기판 위에 여러 개의 나노선을 올려두고, 각각의 나노선에 서로 다른 수용체를 붙이면 동시에 여러 물질을 검출할 수 있다. 1㎜ 크기의 칩에 수천 개의 나노선을 붙여 많은 종류의 감염병균을 한꺼번에 알아낼 수 있는 초고집적 메디컬센서를 구현할 수 있다.
연구팀은 미래창조과학부 연구성과 사업화 지원사업의 지원을 받아 제품화를 위한 후속연구를 진행할 계획이다. 김 교수는 "질병 조기진단을 위한 진단센서에서 중금속검출센서, 잔류농약 등 유해물질 검출센서 등으로 응용연구를 할 계획"이라고 밝혔다.
안경애기자 naturean@
(9) KAIST 김봉수 교수 나노구조 이용 생화학물질 검출기술
치명적인 감염질환은 신속ㆍ정확한 진단이 치료의 효과를 좌우한다. 그러나 환자의 감염 부위에서 조직을 떼어낸 후 병원균을 키워서 진단하는 기존 방법으로는 며칠에서 몇 주라는 긴 시간이 걸린다.
김봉수 KAIST 교수(화학과)팀은 나노물질이 갖는 독특한 성질을 이용, 사람의 생명을 위협하는 감염병균부터 암세포에만 있는 특정 DNA, 질병을 일으킬 수 있는 중금속 등을 간단하게 검출하는 기술을 개발했다.
기술의 핵심은 금으로 만든 나노선과 나노입자를 이용한 표면증강 라만산란(SERS) 신호. 라만신호는 빛을 이루는 광자가 물질을 통과할 때 나타나는 고유한 분자진동 스펙트럼으로, 이를 분석하면 물질 정보를 얻을 수 있다. 그런데 금속 표면을 수나노미터 정도로만 떨어뜨리면 분자진동 스펙트럼이 수천배 이상 커지는 특성이 있다. 이를 이용하면 물질을 훨씬 정확하게 감지할 수 있다.
연구팀은 금 필름 위에 금 나노선을 올리거나 금 나노선 위에 금 나노입자를 올리는 방식으로 이런 틈을 만들었다. 이 틈에 물질을 넣고 레이저를 쪼여주면 강한 신호가 나와 물질을 정확하게 감지할 수 있다.
이효만 박사과정생은 "라만신호가 분자진단에 유효하지만 그동안 실제 현장에서 못 쓰였던 것은 신호 세기가 약했기 때문"이라며 "금속 표면간의 틈, 즉 `핫스팟'을 만들어 신호 세기를 수천배로 키움으로써 실생활에서 쓸 수 있다"고 말했다.
이 연구실의 강점은 이런 특성을 갖는 나노소재 표면을 단결정으로 매끄럽게 만드는 합성기술이다. 1㎚ 정도의 거칠기만 있어도 신호 검출이 제대로 안 된다.
이렇게 만든 검출기술은 DNA에서 단백질, 펩타이드 등 생체를 이루는 유기물에서부터 중금속까지 찾아낼 수 있다. 나노선 표면에 찾고자 하는 DNA와 잘 결합하는 수용체를 붙여 해당 DNA를 강하게 붙잡게 하거나, 특정 중금속과 잘 붙는 물질을 붙이는 방식이다. 나노선에 붙은 수용체가 DNA와 결합하면 금 나노입자가 자동으로 붙는 방법도 있다.
특히 기판 위에 여러 개의 나노선을 올려두고, 각각의 나노선에 서로 다른 수용체를 붙이면 동시에 여러 물질을 검출할 수 있다. 1㎜ 크기의 칩에 수천 개의 나노선을 붙여 많은 종류의 감염병균을 한꺼번에 알아낼 수 있는 초고집적 메디컬센서를 구현할 수 있다.
연구팀은 미래창조과학부 연구성과 사업화 지원사업의 지원을 받아 제품화를 위한 후속연구를 진행할 계획이다. 김 교수는 "질병 조기진단을 위한 진단센서에서 중금속검출센서, 잔류농약 등 유해물질 검출센서 등으로 응용연구를 할 계획"이라고 밝혔다.
안경애기자 naturean@
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