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더 우수한 암 진단용 바이오센서

<KISTI의 과학향기> 제3338호

미국 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)와 캘리포니아대학의 머시드캠퍼스(University of California Merced)의 연구진은 임상의가 암과 간질을 더 잘 진단할 수 있게 하는 새로운 생물학적 센서를 개발했다.
 
생물학적 센서는 작은 분자, 이온, 양성자를 모니터링하기 때문에 의학적 진단용으로 중요하게 적용된다. 심지어 세포 내의 pH 수치와 같은 의료계에서 중요한 정보를 제공한다. 예를 들어, 증가된 포도당 섭취와 젖산 방출로 인한 종양의 산성화는 암세포의 바이오마커이다. 세포 외액(extracellular fluid)의 산성화는 간질 발작의 핵심 과정 중의 하나이다.
 
인공 바이오센서에는 생체 적합성과 파울링(fouling, 분자의 기능을 방해하거나 간섭하는 원치 않는 물질의 축적)과 같은 한계가 존재한다. 또한 생물학적 시스템은 특수한 것들만 투과할 수 있는 반투막을 가지고 있어서 중요 구성 요소를 보호한다.
 
이번 연구진은 실리콘 나노리본 트랜지스터 센서에 양성자 투과성 탄소 나노튜브 포린(porin) 채널을 포함하는 지질 이중충 코팅을 결합시킴으로써 새로운 pH 센서를 만들었다. 이 센서는 다양한 생물학적 유체 속에서 견고한 pH 검출을 할 수 있었다.
 
이 장치는 라벨(label) 없이 실시간으로 질병 바이오마커, DNA 결함, 바이러스를 매우 민감하게 탐지할 수 있는 다목적 플랫폼이다.
 
pH 센서를 만들기 위해서는 양성자에 매우 투과성이 높은 채널과 지질막이 결합되어야 한다. 이번 연구진은 0.8 나노미터의 탄소 나노튜브 포린이 매우 높은 양성자 투과성을 가진다는 것을 이전에 알게 되어서 이번 연구에 사용했다. 또한 탄소 나노튜브 포린은 작은 기공 크기와 높은 양성자 투과성 때문에 생물학적 오염 성분을 효과적으로 차단해서 센서 표면에 도달하지 않도록 한다.
 
이번 연구진은 서로 다른 오염 물질 혼합물에 연속적으로 노출되기 전과 후의 용액의 pH 값의 변화를 통해서 센서의 능력을 확인했다. 지질 이중층이 탄소 나노튜브 포린 채널과 결합될 때, pH 반응은 유지되고 분해의 징후를 가지지 않았다.
 
향후 연구는 다른 생체 분자를 차단하면서 특정 이온과 작은 분자만을 전달하는 탄소 나노튜브 포린을 설계하는 것이 될 것이다. 이 장치는 질병 진단, 유전병 진단, 새로운 약물 발견 등과 같은 다용도 플랫폼 유형 감지 분야에 적용될 수 있을 것이다.
 
이 연구결과는 저널 Nano Letters에 “Silicon Nanoribbon pH Sensors Protected by a Barrier Membrane with Carbon Nanotube Porins” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b02898).

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퐁풍
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낮은 비용으로 널리 쓰일 수 있도록 진행되면 좋겠네요.

2019-04-17

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