고려대 공동연구팀, 세포막 담요 기법 이용한 고민감도
광학 바이오센서 개발
전자∙기계융합공학과 박진성 교수, 바이오의공학부 윤대성 교수 공동연구팀 성과
바이오센서 분야의 최고 권위지 Biosensors and Bioelectronics 논문 게재
대표적 광학센서 중 하나인 ‘국소 표면 플라즈몬 공명* 기법 센서’의 민감도를 세포막 담요 기법을 통해 극대화시켜 섬유소원*을 초고민감도로 넓은 영역에서 검출하는 센서가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
고려대학교 전자·기계융합공학과 박진성 교수, 바이오의공학부 윤대성 교수 공동연구팀이 그 주인공이다.
▲ (왼쪽부터) 전자·기계융합공학과 조성재 박사과정, 바이오의공학부 윤대성 교수, 전자·기계융합공학과 박진성 교수
세포막은 세포와 세포 외부의 경계를 짓는 막으로 세포 내 물질을 외부로부터 보호함과 동시에 세포내에 영양분을 공급하고 노폐물을 배출하는 등 세포대사의 핵심적 역할을 담당한다. 연구팀은 이 세포막의 표면에 다양한 수용기가 있다는 점을 착안, 세포 중 적혈구를 선택하고 여기서 추출한 세포막을 금 나노입자* 기판 위에 담요처럼 얇게 덮어 기판을 제작했다.
1) 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resonance, LSPR)
금속으로 이루어진 나노구조체는 외부에서 입사되는 특정한 파장의 빛에 의해 나노구조체 전도대에 있는 전자들의 집단적 진동이 유발되어 특정 파장의 빛을 강하게 산란 및 흡수하게 되는데, 이를 국소 표면 플라즈몬 공명이라 한다. 이때 이 흡수 특성은 금속 나노구조체의 표면 주위 매질의 복소 유전율에 민감하게 반응하게되며, 이러한 성질을 이용하여 물질을 민감하게 측정할 수 있다.
2) 섬유소원 : 혈액 응고작용의 핵심적인 역할을 하며 과잉시 심혈관계질환, 결핍시 혈우병의 원인이 됨
3) 금 나노입자(Gold nanoparticle):
금 나노입자는 입자의 크기가 나노미터인 입자로 10-9m의 크기를 가진 입자를 뜻한다. 크기가 매우 작아 일반적인 광학현미경으로 관찰이 어려워 원자 힘 현미경, 투과 전자 현미경, 주사 전자 현미경 등 고해상도 현미경을 이용하여 관찰할 수 있다. 금 나노입자는 다양한 물질들로 기능화 하여 센서에 널리 쓰이는 물질 중 하나이다.
그 결과 기존 센서의 검출 가능 영역보다 수천 배 넓은 검출 범위(0.001–5 mg/mL)와 높은 민감도를 가질 수 있었다. 섬유소원의 정상 영역뿐만 아니라 과잉과 결핍이 되는 모든 영역을 민감하게 검출하고 혈장 내 측정 가능성 또한 확인했다. 세포막 담요 기법을 광학 센서에 이용한 새로운 검출 방식이 제시된 것이다.
이로써, 세포막 담요 기법을 통하여 섬유소원 외에도 세포막과 반응하는 다양한 바이오물질을 검출할 수 있는 새로운 지표를 열었다. 실험을 진행한 조성재 박사과정 연구원은 “세포막 담요 기법을 통하여 기존에 검출하지 못한 새로운 바이오마커를 검출하고 싶다”는 포부를 밝혔다.
이번 연구는 한국 연구재단의 기초연구사업(중견연구-전략과제), 바이오·의료기술개발사업, 자연모사혁신기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과를 인정받아 바이오센서 분야의 최고 권위지 중 하나인 Biosensors and Bioelectronics (Impact factor : 8.173, 분야별 상위3%)에
4월 17일자 온라인에 게재됐다.
* 논문명 : Highly sensitive and wide-range nanoplasmonic detection of fibrinogen using erythrocyte membrane-blanketed nanoparticles)
* 저널정보 : Seongjae Jo, Insu Kim, Wonseok Lee, Minwoo Kim, Joohyung Park, Gyudo Lee, Dae Sung Yoon, Jinsung Park, Highly sensitive and wide-range nanoplasmonic detection of fibrinogen using erythrocyte membrane-blanketed nanoparticles, Biosensors and Bioelectronics, Available online 17 April 2019, ISSN 0956-5663, https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.04.030
< 그 림 설 명 >
▲ 세포막 담요 기법을 이용한 국소 표면 플라즈몬 공명 기판 제작 방법과 이를 이용한 섬유소원(fibrinogen) 검출 기법의 모식도
출처: 고려대학교 홈페이지 >고대뉴스>연구