KAIST(총장 신성철) 생명화학공학과 김신현 교수 연구팀과 재료연구소(소장 이정환) 김동호 박사 공동 연구팀이 생체 시료에 들어있는 미량의 분자를 직접 검출할 수 있는 센서를 개발했습니다.
연구팀은 개발한 센서를 통해 다양한 종류의 살충제 성분을 검출하는데 성공했다고 밝혔습니다.
특히 국내 및 유럽에서 문제가 됐던 달걀 속 살충제 성분인 피프로닐 술폰(Fipronil sulfone)을 시료 전처리 없이 검출할 수 있음을 증명해 큰 주목을 받습니다.
연구팀의 센서는 전하를 띠는 하이드로젤 미세입자 내부에 금 나노입자 응집체를 캡슐화한 형태로, 생체 시료 내에 존재하는 분자를 직접 분석해야 하는 광범위한 분야에 적용 가능할 것으로 기대됩니다.
김동재 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 나노분야의 국제 학술지 ‘스몰(Small)’ 10월 4일자 내부표지 논문으로 게재됐습니다.(논문명 : SERS-Active Charged Microgels for Size- and Charge-Selective Molecular Analysis of Complex Biological Samples, 생체 시료의 분자 크기 및 전하 선택적 분석을 위한 표면증강라만산란용 마이크로젤)
분자가 레이저에 노출되면 ‘분자 지문’이라고 불리는 고유의 라만(Raman) 신호를 보이지만 일반적으로 라만 신호의 세기는 매우 낮아 실질적인 분자 감지에 사용이 어렵습니다.
연구팀은 금속 나노구조의 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명 현상이 강한 세기의 기장을 형성하는 점을 이용해 라만신호를 현저히 증가시키는 표면증강라만산란 현상을 활용했습니다.
또한, 표면증강라만산란 현상를 통해 분자의 라만신호는 크게 증가시킬 수 있지만 이를 일반적인 생체 시료에 직접 적용하기 위해서는 대형 장비를 이용한 시료 전처리 과정을 해야헸습니다.
하지만 연구팀은 시료의 정제 과정 없이 분자를 직접 검출하기 위해 하이드로젤에 주목하고, 미세유체기술을 이용해 금 나노입자 응집체를 형성하는 동시에 전하를 띠는 하이드로젤 미세입자 안에 캡슐화 하는데 성공했습니다.
연구팀은 이러한 원리를 센서에 구현시켜 표적 분자의 라만 신호가 단백질의 방해 없이 증대돼 시료의 전처리 과정 없이 빠르고 정확한 분자 검출이 가능케 만든 겁니다.
김신현 교수는 “새롭게 개발한 라만 센서는 식품 내 살충제 성분 검출 뿐 아니라 혈액과 소변, 땀 등 인체 속 시료에 들어있는 약물, 마약 성분 등 다양한 바이오마커의 직접 검출에도 사용 가능하다”고 말했습니다.
재료연구소 김동호 박사 역시 “시료 전처리가 필요없기 때문에 현장에서 시료의 직접 분석이 가능해 시간과 비용의 혁신적 절감이 가능해질 것이다”고 말했습니다.
이번 연구결과는 재료연구소의 기관 주요사업과 한국연구재단의 중견연구자지원사업 및 글로벌연구실사업의 지원을 받아 수행됐습니다.
