거미집을 모방한 바이오센서 플랫폼. /사진제공=DGIST바이오 진단 센서의 감지 능력은 센서의 분해능과 분자의 이동 및 반응 결합 속도에 의해 결정된다. 2000년대 이후 바이오센서는 나노소재 개발로 성능이 향상됐다. 하지만, 분자 이동은 고전적인 확산에만 의존해 이동 한계를 극복하지 못했다.
국내 연구진이 거미집을 모방한 자성(磁性) 패턴을 활용해 기존의 바이오센서보다 감지속도가 20배 빠른 바이오센서 플랫폼을 개발했다.
대구경북과학기술원(DGIST) 신물질과학전공 김철기 교수 연구팀은 확산에만 의존하는 경우 단백질, DNA 등 바이오 분자의 이동이 느리다는 단점을 해결하기 위해 자기장을 이용했다. 초상자성입자를 바이오센서로 이동시킬 수 있는 거미집 형태의 미세 자성 패턴 플랫폼을 설계했다. 또한, 이를 활용해 센서로부터 멀리 떨어져 있는 바이오 분자를 집속시키는 방법으로 저밀도의 바이오 분자 포집 능력을 증가시켜 분자 이동 및 바이오센서의 감지 효율을 증가시켰다.
김철기 교수는 “자기장 기반 바이오센서 플랫폼은 바이오 분자의 포집 능력을 향상시키고, 바이오 분자 이동 속도와 감도를 증가시켜 암과 같은 질병의 조기 진단과 재발 진단에 활용할 예정이다”고 말했다.
기존 바이오센서 감지 속도, 감지 효율 등의 증가를 위해서는 1~2년 내로 활용이 가능하고, 휴대용 장비로 개발은 5~10년 정도 걸릴 것으로 예상된다.
논문의 제1저자로 참여한 DGIST 신물질과학전공 임병화 박사과정 학생은 “거미집 모양의 자성 패턴에 회전자기장을 가하면 초상자성입자가 부착된 바이오 분자가 센서로 빨리 모이게 할 수 있는데, 그 이동 속도가 빨라 확산에 의한 방법보다 20배 빠르게 감지할 수 있다”고 설명했다.
미래창조과학부 글로벌프론티어사업 바이오나노헬스가드연구단과 미래창조과학부 해외우수기관유치사업 플라즈마바이오과학연구센터의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 세계적 학술지 네이처의 자매지인 ‘엔피지 아시아 머티리얼즈’ 3월 31일 온라인판에 게재됐다.
김철기(왼쪽) DGIST 신물질과학전공 교수와 임병화 신물질과학전공 박사과정./사진제공=DGIST
