단백질 실시간 검출 다기능복합입자 센서 개발

[산업일보]
정밀하게 구조를 제어한 자성형광복합입자를 이용해, 시료에 입자를 섞는 것만으로 수 분 내에 표적물질을 정확히 분석하는 방식은 향후 환경이나 의료, 혹은 생산시설 모니터링 등의 다양한 현장 상황에 적용돼 삶의 질 향상에 기여할 수 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 분자인식연구센터 우경자 박사팀과 바이오마이크로시스템연구단 김상경 박사팀은 형광 특성과 자석 성질을 이용해서 신종인플루엔자, SARS, 조류 독감, 돼지 독감 등 병원체와 화학물질 등 표적물질을 현장에서 신속하고 정확하게 분석할 수 있는 입자형 센서를 개발했다.

기존 검출법은 반복적인 세정과정과 여러 종의 시약, 많은 데이터가 사용되기 때문에 검출 시간이 30분 이상 소모됐고, 절차가 복잡했다.

이번에 개발된 자성·형광 입자형 센서는 물방울의 10분의 1 정도의 소량이나 묽은 시료로 분석이 가능하고, 센서를 시료에 넣고 흔든 후 마이크로 자석에 접촉하는 것으로 총 2~3분 내에 정확한 표적물질 검출이 가능했다.

이번 연구는 미래창조과학부(나노·소재원천기술개발사업)와 KIST(기관고유사업)의 연구개발사업으로 수행됐고, 그 결과는 영국 왕립화학회가 출판하는 세계적 국제학술지인 ‘Journal of Materials Chemistry B’ 의 제2권 14호 표지(front cover)논문으로 선정됐다.

이 연구에서는 종전에 여러 단계를 거치던 분석법을 표적물질에 직접 반응하도록 혁신적으로 개선했는데, 이것은 형광 효율을 높이고 자성을 띠도록 설계한 복합입자의 표면에 센서 작용을 구현함으로써 완성됐다.

기존에 자성나노입자와 형광나노입자를 결합한 자성·형광 복합입자 개발의 문제점은 자성입자가 빛을 흡수하는 성질 때문에 형광 특성이 약해져서 센서로 사용하기에 부족했다.

아교 역할을 하는 실리카 마이크로입자 가운데에 자성입자 뭉치를 넣고, 형광나노입자를 그 바깥 표면에 한 층을 입히는 방식을 취했다. 이렇게 되면 자성 물질이 흡수하는 빛의 양이 최소화 된다. 본 연구는 형광물질을 제어해 자성 물질 바깥 표면에 형광 물질을 입히는 원천 기술을 개발한 것이다.

KIST 연구팀은 “이번 연구 성과는 감염성 질환 유행이나 독성 물질 누출 등의 급박한 사고 현장에서 원인을 파악하고 대처하는 데 쓰임으로써 삶의 질 향상의 토대를 마련했다”고 평가했다.