[테크월드=방제일 기자] 고려대학교 공과대학 화공생명공학과와 KU-KIST융합대학원의 안동준 교수와 인하대 화학공학과 박동혁 교수, 중국 연변대 화학과 Chunzhi Cui(최춘식) 교수가 함께한 연구팀이 생물학적 타깃 물질에 따라 서로 다른 효율의 광도파(Optical Waveguide) 현상을 보이는 하이브리드 결정소재기반 다중검출 리모트 바이오센서를 개발했다.
이번 연구는 4차 산업혁명 시대가 열고 있는 초연결사회를 구현하기 위해 더욱 다양한 센서신호 데이터의 대량 획득이 필요하고, 특히 언택트 시대의 도래로 원거리에서 작동가능한 형태의 리모트(원거리) 센서의 중요성이 더욱 주목되는 현시점에 꼭 맞는 연구로서 남다른 의미를 지닌다.
평소 바이오센서의 주요 검출 타깃인 생체구성물질 DNA, 단백질, 세포 등은 고에너지에 노출됐을 때 타깃의 구조가 파괴되거나 변형되기 쉽기에 직접 에너지를 가해 신호를 검지하는 검출에는 많은 제약이 따를 수밖에 없었다. 그간 이러한 문제점을 극복하기 위해 여러 노력이 시도됐지만, 입사되는 에너지에 시료 자체가 노출되는 한계를 뛰어넘지 못하는 상황이었다.
이런 가운데 안동준 교수 연구팀은 DNA의 상보적 결합 여부가 유기반도체 하이브리드 단결정에서 광도파 효율의 차이를 유발하는 현상을 발견해, 생체물질인 DNA를 모델타깃으로 삼아 시료에 직접 에너지를 조사하지 않고도 검출할 수 있는 리모트 바이오센서 개발에 최초로 성공했다. 이에 고에너지 노출 환경에 상대적으로 취약한 DNA를 타깃으로 검출할 때 시료에 가해지는 피해를 최소화하며 효과적으로 검출할 수 있었다.
OLED소자에도 광범위하게 쓰이는 대표적인 유기반도체 단분자와 단일가닥의 DNA(single strand DNA)를 융합해 Alq3 결정에 DNA가 포함되도록 제어된 1차원 광도파 육각기둥 결정을 제조했으며, 분광학적 분석을 통해 타깃 DNA분자 인식에 따라 발광세기와 광도파 효율의 차이가 있음을 확인해 그 차이를 정량적으로 도출했다.
그리고 이 결과를 더욱 확장해서 길게 성장시킨 광도파 결정을 제조하고 양 끝단에 서로 다른 타깃 DNA들을 노출한 후, 결정 가운데에 빛을 쬐면서 동시에 유발되는 광도파 효율의 차이를 타깃 종류에 따라 시각화하고 특이성/비특이성 DNA 검출 구분에 성공했다.
이 연구 결과는 바이오-반도체 융합물질의 광도파 현상을 이용해 다중검출 리모트 바이오센서 개념을 입증한 첫 사례로, 향후 다양한 생화학 타깃 검출에 적용을 확대해 나갈 계획이다. 게다가 센서분야 소재부품 원천기술을 확보한 것으로 평가되며, 관련기술의 국내외 특허도 확보하고 있다.
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