KAIST, 초고감도 생체 분자 검출 기술 개발

김양수 입력 2021. 1. 15. 14:11
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KAIST는 바이오및뇌공학과 정기훈 교수팀이 생체분자 광학검출의 기술적 한계를 극복해 신경전달물질을 초고감도로 측정해 낼 수 있는 '디지털 코드 라만 분광기술'을 세계 최초로 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀은 "디지털 코드화된 레이저광원을 이용해 모든 잡음신호를 제거하고 생화합물의 고순도 라만 분광 신호를 복원, 극저농도의 생분자화합물을 형광 표지없이 정확하게 분석했다"며 "대역확산 기반 디지털 코드 분광 기술은 표적 생체 분자의 산란신호를 복원해 질병 및 건강진단지표, 유전물질 검출 등에 응용할 수 있다"고 설명했다.

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디지털 라만 분광 기술로 초고감도 신경전달물질 측정
분자진단, 약물 및 암치료 모니터링 등에 활용 기대
[대전=뉴시스] 대역확산 라만분광 기술 개념도. 잡음신호가 제거돼 신호대잡음비가 향상되는 것이 확인된다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 바이오및뇌공학과 정기훈 교수팀이 생체분자 광학검출의 기술적 한계를 극복해 신경전달물질을 초고감도로 측정해 낼 수 있는 '디지털 코드 라만 분광기술'을 세계 최초로 개발했다고 15일 밝혔다.

라만 분광법(Raman spectroscopy)은 특정 분자에 레이저를 쏴 분자 전자의 에너지준위 차이만큼 에너지를 흡수하는 현상을 이용해 분자의 종류를 알아내는 방법이다.

다양한 분자진단, 약물 및 암 치료 모니터링 등에 기여할 것으로 평가받는 이번 기술은 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 온라인판에 지난 8일자로 발표됐다.(논문명:Spread Spectrum SERS allows label-free detection of attomolar neurotransmitters)

알츠하이머병, 파킨슨병, 우울증 등 뇌세포와 관련된 신경질환은 뇌세포에서 만들어지는 신경전달물질이 적절히 분비되지 않거나 불균형으로 분비돼 발생하는 질병으로 지속적인 신경전달물질 농도 변화를 모니터링하는 것이 매우 중요하다.

기존 신경질환 진단기술은 검출한계가 나노몰(10의 마이너스 9승 mole) 수준에 머물렀고 시료 전처리 단계가 복잡하고 측정 시간이 오래 걸리는 한계가 있다.

연구팀은 통신분야에서 잘 알려진 대역확산기술(CDMA)을 생분자화합물의 라만 분광 검출법에 적용했다.

대역확산 통신기술의 뛰어난 잡음 제거기술을 생체분자 검출에 적용해 레이저 출력 변동, 수신기 잡음 등 시스템 잡음과 표적 분자 이외의 분자 신호를 효율적으로 제거하고 표적 생체분자 신호만 선택적으로 복원했다.

이를 통해 생체분자 신호의 신호대잡음비를 증가시켜 매우 정밀한 검출한계를 달성했다.

연구팀은 "디지털 코드화된 레이저광원을 이용해 모든 잡음신호를 제거하고 생화합물의 고순도 라만 분광 신호를 복원, 극저농도의 생분자화합물을 형광 표지없이 정확하게 분석했다"며 "대역확산 기반 디지털 코드 분광 기술은 표적 생체 분자의 산란신호를 복원해 질병 및 건강진단지표, 유전물질 검출 등에 응용할 수 있다"고 설명했다.

연구팀은 대역확산 분광기술과 표면증강 라만 분광법을 접목시킨 기술을 활용해 별도의 표지없이 5종의 신경전달물질을 아토몰 농도수준에서 검출하는데 성공, 기존 검출한계를 10억배(10의 9승·아토몰) 향상시켰고 신호대잡음비가 1000배 이상 증가하는 것을 확인했다.

정기훈 교수는 "이번 결과를 바탕으로 향후 휴대용으로 소형화를 진행하면 낮은 비용으로 무표지 초고감도 생체 분자 분석 및 신속한 현장진단이 가능해질 것"이라며 "신경전달물질뿐 아니라 다양한 생화합물 검출, 바이러스 검출, 신약평가분야에 크게 활용될수 있을 것으로 본다"고 말했다.

☞공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com

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