"국내 연구진, 실크 단백질 기반 신개념 나노광학 바이오센서 구현

[쿠키뉴스] 국내 연구진이 누에에서 얻은 실크를 이용해 기존에 구현할 수 없었던 인체 친화적인 나노광학 바이오센서를 만들어 스마트 헬스케어 시장 진입을 앞당길 것으로 기대를 모은다.

아주대 김성환 교수(물리학과/에너지시스템학과)가 주도하고 서울대 물리천문학부 이명재 박사과정(제1저자), 전헌수 교수(공동저자)가 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업의 일환으로 성사됐다. 특히 국제학술지 나노 레터스(Nano Letters) 4월 1일자 온라인판에 게재되며 많은 관심을 받았다.

일반적으로 나노광학은 나노미터 크기 수준에서 빛의 거동을 연구하거나 물질과 빛의 상호작용을 연구하는 학문으로 금속, 또는 유전체 물질의 나노구조 제작에 필요한 신기술이다.

이와 관련 첨단 IT기업들의 차세대 먹거리로 급부상 중인 스마트 헬스케어 시장은 생체신호의 실시간 분석을 통해 질병의 조기 진단과 환자별 맞춤치료를 목표로 하는데, 이를 위해서는 인체 친화적인 소재로 빛 등의 전자기파로 신호를 주고받거나 높은 검출 민감도를 가지는 센서의 구현이 필수적이다.

하지만 기존의 나노광학 기반 바이오센서는 바이오물질의 변화에 따른 굴절률의 변화를 감지하는 기법으로 고품질의 성능 구현에는 한계가 있었다. 또 구성 물질이 주로 유리, 반도체와 같은 생체에 해가 될 수 있는 물질로 이뤄져 인체에 삽입하는 데 큰 걸림돌이었던 것.

실크 단백질 이용 나노센서, 기존 제품 대비 인체 친화적 및 민감도 6배까지 높여

연구팀은 누에고치로부터 액체 상태의 실크 단백질을 추출한 뒤 반도체 공정기술을 활용해 실크 필름에 금 나노구조가 부착된 나노광학소자를 만들었다. 실크 단백질은 누에고치를 구성하는 주요 단백질로 미국식품의약국(FDA)의 승인을 받은 생체친화 물질.

이렇게 만들어진 나노광학소자는 금 나노구조 사이에 매우 얇은 실크 필름을 넣어, 이 필름이 물이나 알코올과 같은 화학물질에 감응해 부피가 팽창하는 원리로 작동한다. 필름이 팽창할수록 나노광학소자가 반응하는 빛의 파장이 크게 확장돼 높은 검출 민감도를 구현할 수 있다는 설명이다.

결과에 따르면 파장의 변화와 감지 정도는 기존의 굴절률 기반 바이오센서로는 구현이 불가능할 정도로 매우 큰 편이었는데, 물과 알코올로 비교 실험한 경우 기존 굴절률 센서와 비교해 실크 센서는 100 nm 이상의 파장 변화를 감지하는 높은 효율이 확인됐다.

또 혈당 센서로 실험했을 때도 기존 센서 대비 5~6배 높은 검출 민감도를 보였다.

김성환 교수는 ""섬유로만 알고 있던 실크 단백질이 생체친화적인 신개념 나노광학 기반 바이오센서로 재탄생했다는 데 본 연구의 의의가 있다""며 ""차세대 헬스케어 연구에 영감을 불어넣을 수 있을 것으로 기대하는 한편 실크라는 농업 산물의 고부가가치 창출도 가능할 것""이라고 밝혔다.

쿠키뉴스 제휴사 / 메디칼업저버 원종혁 기자 jhwon@monews.co.kr

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