[위즈뉴스] 국내 연구진이 현장에서 실시간으로 병원성 감염체 검출이 가능한 나노 바이오센서를 개발했다. 

한국생명공학연구원(이하 '생명연')은 3일, 감염병연구센터 권오석 박사 연구팀이 진단 현장에서도 고감도를 유지하며, 실시간으로 박테리아 검출이 가능한 그래핀 기반의 나노 바이오센서 개발에 성공했다고 밝혔다.

이번에 개발한 센서는 향후 다양한 감염병 현장 검사에서 이용 가능한 바이오센서 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 

이번 연구 성과를 담은 논문은 화학 분야의 SCI급 저명 국제학술지 '앙게반테 케미(Angewnadte Chemie International Edition(IF=16.823)' 10월호에 게재됐다.

논문명은 'Open-Bandgap Graphene-Based Field-Effect Transistor Using Oligo (phenylene-ethynylene) Interfacial Chemistry'이며, 권오석 박사가 교신저자로, 김경호-서성은 박사과정생이 공동제1저자로 참여했다.

연구책임자인 권오석 박사는 “그래핀과 단층 구조로 결합하여 안정성을 대폭 향상시켜 극한의 환경에서도 내구성을 확보한 나노 바이오센서를 개발했다”며 "새롭게 개발한 OPE(올리고페닐렌에틸렌) 화합물은 길이 조절이 가능하고 합성 단계가 짧아 양산화 가능성이 높고, Bio-MEMS에 적합하여 다양한 그래핀 기반 나노바이오 센서에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

의료의 패러다임이 ‘치료’에서 ‘예방 및 진단’으로 바뀌면서 분석 대상 물질을 보다 간편하고 신속·정밀하게 측정할 수 있는 바이오센서 분야에 대한 꾸준히 증가하고 있다.

바이오센서란 효소, 항체, 항원, 수용체, DNA 등 다양한 생물학적 수용체를 이용하여 분자 수준에서 물질을 검출하고, 이를 해석 가능한 신호로 바꿔주는 장치를 말한다.

센서 기반이 되는 다양한 소재 중 그래핀(Graphene)은 다른 소재에 비해 전기적, 물리적, 광학적 측면에서 우수하여, 이를 이용한 많은 연구가 진행되고 있다.

다만, 기존 그래핀 기반 바이오센서의 경우 수용체와 그래핀을 연결해주는 인터페이싱 화합물의 물리적 적층 방식에 따른 한계로 노이즈 신호, 실제 진단환경에서의 안정성 저하 등의 문제를 보여 감염병 진단에서의 활용에는 제한이 있었다.

최근 혈액, 땀, 소변 등 임상 샘플에서 발생하는 노이즈 신호를 감소시키거나 수용체의 수용량을 늘리는 등의 다양한 연구들이 시도되고 있으나 여전히 한계를 극복하기가 어려워 상용화된 사례가 없다.

이에 연구팀은 그래핀 소재와의 결합도와 전자 이동도를 높이고, 수용체의 수용량도 향상시켜 더 민감하고 더 많은 양의 박테리아를 실시간으로 모니터링할 수 있는 나노 바이오센서를 개발했다.

[그림설명] 박테리아 검출용 바이오나노 센서 개발
그래핀 소재에 OPE 인터페이싱 화합물을 결합하고 Bio-MEMS 공정을 진행하여 바이오나노 센서 개발. 바이오센서에 외부인자를 받아들이는 수용체를 부착하여 박테리아 검출 시, 실시간으로 전자 신호가 증가함

연구팀이 개발한 센서는 세계 최초로 합성에 성공한 OPE(Oligo Phenylene -Ethynylene, 올리고페닐렌에틸렌)를 그래핀과 결합시켜 단일층 구조로 제작함으로써 간섭으로 인한 성능 저하를 방지하였고, OPE 화합물의 구조를 변경하면 센서 표면 특성을 바꿀 수 있어 다양한 임상 샘플에 적용할 수 있다.

연구팀은 개발한 센서로 혈액 샘플을 이용해 실시간으로 대장균을 검출하는 데 성공했으며, 센서 수용체만 바꿔주면 다른 박테리아를 비롯한 다양한 감염병 병원체 검출도 가능하여 현장 활용 기술로서 적용 가능성을 높였다.

이번 연구는 농림부 스마트팜 다부처패키지 혁신기술개발사업, 과기정통부 나노 및 소재 기술개발사업, 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업, 환경부 환경기술개발사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.

정 현 기자 다른기사 보기