진단 현장에서 병원체 고감도 검출하는 나노 바이오센서 개발

박정연 기자 2022. 11. 3. 14:10
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국내 연구진이 현장에서 실시간으로 병원성 감염체 검출이 가능한 나노 바이오센서를 개발했다.

한국생명공학연구원은 권오석 감염병연구센터 책임연구원 연구팀이 진단 현장에서도 고감도를 유지하면서 실시간으로 박테리아 검출이 가능한 그래핀 기반 나노 바이오센서 개발에 성공했다고 3일 밝혔다.

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

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한국생명공학연구원
그래핀 기반 나노 바이오센서의 박테리아 검출 모식도. 생명연 제공

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

한국생명공학연구원은 권오석 감염병연구센터 책임연구원 연구팀이 진단 현장에서도 고감도를 유지하면서 실시간으로 박테리아 검출이 가능한 그래핀 기반 나노 바이오센서 개발에 성공했다고 3일 밝혔다. 향후 다양한 감염병 현장 검사에서 바이오센서 플랫폼으로 활용될 것으로 보인다.

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

기존 그래핀 기반 바이오센서는 수용체와 그래핀을 연결해주는 인터페이싱 화합물의 물리적 적층 방식에 따른 한계로 노이즈 신호, 실제 진단환경에서의 안정성 저하가 발생해 감염병 진단에서 활용이 어렵다는 문제가 있었다. 최근 혈액, 땀, 소변 등 임상 샘플에서 발생하는 노이즈 신호를 감소시키거나 수용체의 수용량을 늘리는 등의 다양한 연구들이 시도됐지만 상용화에 이르지는 못했다.

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

연구팀이 개발한 센서는 올리고페닐렌에틸렌(OPE)을 그래핀과 결합시켜 단일층 구조로 제작했다. 이를 통해 간섭으로 인한 성능 저하를 방지했다. 또 OPE 화합물의 구조를 변경해 센서 표면 특성을 바꿔 다양한 임상 샘플에 적용할 수 있다는 것을 확인했다.

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

권오석 박사는 “그래핀과 단층 구조로 결합하여 안정성을 대폭 향상시켜 극한의 환경에서도 내구성을 확보한 나노 바이오센서를 개발했다”며 “새롭게 개발한 OPE 화합물은 길이 조절이 가능하고 합성 단계가 짧아 양산화 가능성이 높아 다양한 그래핀 기반 나노바이오 센서에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '앙게반테케미' 10월호에 게재됐다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]

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