CDMA 접목해 '뇌 속 신경전달물질' 검출한다

초고감도 생체 분자 검출용 디지털 라만 분광 기술 개발
다양한 분자 진단, 약물 및 암 치료 모니터링, 모바일 헬스케어 기기 등 활용 기대

역확산 라만 분광 기술 개념도

[아시아경제 황준호 기자] 통신 분야의 대역확산 기술을 통해 고감도로 분자를 식별할 수 있는 기술이 개발됐다. 연구진은 이 기술을 활용해 뇌세포가 만들어내는 신경전달물질을 아토 몰(10-18 mole) 농도 수준에서 검출하기도 했는데, 생화합물이나 바이러스, 신약 평가 등 고감도 분자 검출이 필요한 분야에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 예상했다.

한국과학기술원은 정기훈 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 생체 분자의 광학 검출의 기술적 장벽인 신호대잡음비를 1000배 이상, 검출한계를 기존 대비 10억 배인 아토몰 단위까지 향상시키는 디지털 코드 라만 분광 기술을 세계 최초로 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션스에 최근 실렸다.

도파민과 아세틸콜린을 대역확산 라만 분광 기술로 측정한 스펙트럼

연구팀은 통신 분야에서 잘 알려진 대역 확산기술(CDMA)을 생분자화합물의 라만 분광 검출법에 세계 최초로 적용했다. 이렇게 하면 디지털 코드화된 레이저광원을 이용해 모든 잡음신호를 제거하고, 생화합물의 고순도 라만 분광 신호를 복원해 극저농도의 생분자화합물을 형광 표지 없이 정확하게 분석할 수 있다. 라만 분광법은 특정 분자에 레이저를 쏘았을 때, 그 분자 전자의 에너지준위 차이만큼 에너지를 흡수하는 현상을 통해 분자의 종류를 알아내는 방법이다.

연구팀은 개발한 장치로 별도의 표지 없는 5종의 신경전달물질을 아토 몰 농도에서 검출했다. 연구팀은 기존 검출한계를 10억(109)배 향상시켰으며, 신호대잡음비가 1000배 이상 증가함을 확인한 결과라고 했다. 기존 검출 기술은 낮은 신호대잡음비로 인하여 검출 한계가 나노몰 (10-9 mole) 이상 수준이며 시료 전처리 단계가 복잡하고 측정 시간이 오래 걸렸다.

제1 저자인 이원경 박사과정은 "대역확산 기술을 접목한 차세대 디지털 코드 라만 분광 기술을 최초로 제안해, 기존 생체 분자 검출 기술의 장벽을 해결하고 기존 기술의 신경전달물질 검출한계를 획기적으로 향상시켰다"고 말했다.

정기훈 교수는 "이번 결과를 바탕으로 향후 휴대용으로 소형화를 진행하면 낮은 비용으로 무표지 초고감도 생체 분자 분석과 신속한 현장 진단이 가능해질 것"이라며 "신경전달물질뿐 아니라 다양한 생화합물 검출, 바이러스 검출, 신약평가분야에 크게 활용될 수 있을 것"이라고 설명했다.

도파민과 아세틸콜린의 다양한 농도에서 대역확산 라만 분광 기술로 측정한 스펙트럼

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr