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인하대, DNA ‘언택트 탐지’ 바이오센서 개발
인하대, DNA ‘언택트 탐지’ 바이오센서 개발
  • 방완재
  • 승인 2020.10.05 19:32
  • 댓글 0
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바이오·반도체 융합물질의 광도파 현상 이용 첫 사례
세계 최고 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’에 게재
(왼쪽부터) 김석호 박사, 최춘식 교수, Jingyuan Huang 학생, 박동혁 교수, 안동준 교수
(왼쪽부터) 김석호 박사, 최춘식 교수, Jingyuan Huang 학생, 박동혁 교수, 안동준 교수

인하대학교(총장 조명우) 화학공학과 박동혁 교수가 교신저자로, 김석호 박사과정 졸업생이 제1저자로 참여한 연구팀이 원거리에서 작동 가능한 다중검출 리모트 바이오센서를 개발했다.

 바이오·반도체 융합물질의 광도파 현상을 이용해 다중검출 리모트 바이오센서 개념을 최초로 입증해 재료과학분야 세계최고의 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 온라인 게재됐다.

 연구팀은 시료에 직접 에너지를 조사하지 않고도 신호를 검출할 수 있다는 점을 입증했다. 바이오센서의 주요 검출 타겟인 DNA, 단백질, 세포 등의 생체물질은 고(高)에너지에 노출되면 구조가 파괴되거나 변형된다. 그러나 시료에 직접 에너지를 가하지 않고 신호를 검지하는 분광학적 시험법에 대한 연구는 미흡한 실정이었다.

 연구팀은 DNA의 상보적 결합 여부가 유기반도체 하이브리드 단결정에서 빛이 퍼져나가는 광도파 효율에 차이를 유발하는 현상에 주목했다. OLED소자에 광범위하게 쓰이는 유기반도체 단분자인 Alq3와 단일가닥 DNA를 융합해 광도파 특성을 가지는 1차원 막대 형태의 육각기둥 결정을 성장시켰고, 분광학적 분석을 통해 타겟 DNA의 결합에 따른 발광세기와 광도파 효율의 차이를 정량적으로 도출했다.

 연구팀은 표면의 단일가닥 DNA와 상보적으로 결합하는 타겟 DNA가 완벽한 이중나선을 이루면 빛이 퍼지는 현상인 광도파 효율이 증가하고, 전체 DNA 염기서열 중 단 하나라도 결합하지 않으면 효율이 거의 증가하지 않는다는 사실을 정량적으로 분석하고 고분해능 광학기술로 시각화했다. 또한, 길게 성장시킨 광도파 결정을 제조해 양 끝단에 서로 다른 타겟 DNA들을 노출한 후, 결정 가운데에 빛을 조사함으로써 양 끝단으로 퍼져나가는 광도파 효율의 차이를 타겟 종류에 따라 시각화하고 특이성/비특이성 DNA 검출 구분에 성공했다.

 교신저자인 박동혁 교수는 “고에너지에 취약한 생체물질을 다루는 기술이 개발되어 의료, 환경 등 다양한 관련 분야의 발전이 기대된다”고 말했다.
 
 이 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 지원(중견도〮약 연구과제)으로 안동준 고려대학교 화공생명공학과 교수, 최춘식 중국 연변대 화학과 교수, 국민대학교 나노전자 물리학과 노희소 교수 연구팀이 공동으로 진행했다. 연구진은 향후 다양한 생화학 타겟 검출에 적용을 확대해 나갈 계획이다.

 

(용어설명)
·광도파(optical waveguide) 현상: 유기물로 이루어진 결정이 균일하게 정렬된 형태로 성장하면 결정을 따라 빛이 퍼져 나가는 광도파 현상이 일어남. 퍼져 나가는 효율은 일반적으로 결정성에 비례하며 유기물보다는 무기물에서 다양하게 연구되었음.
·리모트 센서: 검출하고자 하는 대상에 직접 에너지를 조사하여 신호를 얻는 전통적 센서의 개념에서 발전한 형태로, 에너지를 조사하는 부분과 신호를 획득하는 부분을 이원화(언택트)하여 원거리에서 타겟을 검출할 수 있음.
·유기반도체: 주로 탄소로 이루어진 유기물로 구성되어 있으며 다양한 원소들을 치환하여 전기적, 광학적 특성을 조절할 수 있음. 유연성과 가벼움 그리고 낮은 원가를 특징으로 디스플레이, 태양전지 등 많은 분야에서 무기물 반도체를 대체할 수 있는 소재로 각광받고 있음.


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