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여종석 교수팀 학부 2년생, 고감도 miRNA 현장 진단 센서 구현으로 SCI 국제 학술지 게재
등록일: 2018-04-12  |  조회수: 176

여종석 교수팀 학부 2년생, 고감도 miRNA 현장 진단 센서 구현으로 SCI 국제 학술지 게재 

나노 파티클의 플라즈몬 공명 커플링 효과를 이용해 miRNA를 현장 진단할 수 있는 on-chip 바이오 센서 구현

 

 

공과대학 글로벌융합공학부와 글로벌융합기술원의 여종석 연구팀의 연구성과가 Instrument & Instrumentation 분야 상위 3% 권위지인 ‘Sensors and Actuators B: Chemical ’에 출판이 확정됐다.

연구팀은 빛과 금속 나노 구조체의 상호작용에서 일어나는 플라즈모닉스 현상을 이용해, 위암의 주요 바이오마커인 miRNA를 ~nM 수준에서 검출하는 진단 센서를 구현했다. 금 나노파티클이 miRNA를 매개로 하여 구조체를 형성함으로써 공명 길이가 늘어나는 것을 비색 분석하여 정량적인 검출 센서를 구현했다. 이는 현장 현시 검사(Point-of-Care Testing)에 적합한 위암 진단의 바이오센서 칩으로 “On-Chip Plasmonic Detection of MicroRNA-106a in Gastric Cancer using Hybridized Gold Nanoparticles”라는 제목으로 발표 되었다. 이 연구는 여종석 교수팀의 박상현(공과대학 글로벌융합공학부 2학년) 학생이 논문의 주저자로 참여했으며 이지혜 연구원(공과대학 글로벌융합공학부 박사과정)이 함께 했다.

전 세계적으로 사망의 주요 원인인 암의 진단은 내시경과 CT에 의존해 왔으나 늦은 발견과 불편함 등의 한계점이 있어 왔다. 현장 현시 검사(POCT)는 피검자의 환경이나 장소, 시간 등에 구애 받지 않고 검체의 전처리 없이 신속하게 진단에 이용하며 비용을 획기적으로 줄일 수 있어 주목 받고 있다. 본 연구팀은 혈액 속에 존재하는 miRNA가 질병의 경과에 따라 농도가 비정상적으로 변하는 것에 주목하여 위암의 진행에 따라 농도가 증가하는 miRNA-106a를 비색 분석을 통해 시각적으로 신속하게 진단하는 바이오칩을 구현했다.

금 나노 입자의 표면에서 일어나는 전자들의 집단적인 공명 현상인 플라즈몬 현상은 물질의 종류나 크기, 모양에 따라 공명 파장이 달라진다. 또한, 플라즈몬 사이의 거리가 nm 단위로 가까워질 경우 플라즈몬 공명의 커플링이 일어나 공명 파장의 길이가 커지는 현상이 발생한다. 본 연구에서는 균일하고 재현 가능한 바이오칩의 제작을 위해 유리 기판 위에 실레인 기능기를 만들어 자가 조립된 금 나노 입자를 부착했다. 부착된 금 나노 입자의 표면에 타겟 miRNA-106a의 한 쪽과 상보적인 서열을 가진 프로브를 붙이고, 다른 크기의 금 나노 입자의 표면에 타겟의 반대쪽과 상보적인 서열을 가진 프로브를 붙여 칩을 제작했다. 만들어진 바이오 칩은 miRNA-106a가 존재할 경우 이를 매개로 하여 서로 다른 두 사이즈의 금 나노 입자가 core-satellite 구조를 형성하며 플라즈몬 커플링 현상이 발생한다. 이에 따라 공명 파장이 장파장 방향으로 변화하는 것을 시각적으로 관찰하여 특정 miRNA를 nM까지 고감도로 진단할 수 있다. 본 연구를 기반으로 위암뿐 아니라 다양한 질병의 바이오 마커를 현장 진단 할 수 있는 표면 플라즈몬기반 질병 진단 센서 연구로 이용할 수 있으리라 기대된다.

본 논문의 1저자인 박상현 학생은 학부 1학년 당시 여름방학 개별연구 과정에서 여종석 교수의 지도 아래 이 연구를 시작했다. 학부생이 본인의 연구 주제와 방법을 결정하고 연구 성과를 도출하여 SCI급 저명 학술지에 게재하는 사례는 흔하지 않아 의미가 더욱 크다. 현재 여종석 교수 연구팀은 나노기술 기반의 IT-바이오-에너지 융합연구를 수행하고 있으며 이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 ‘IT명품인재양성’ 사업, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었다.

그림 1. 위암 진단을 위한 고감도 miRNA 현장 진단 바이오센서 칩의 개요

 

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