여종석 교수팀, 유연기판 위 나노 구조체 인쇄방식으로 초고감도 miRNA 진단센서 구현

글로벌융합기술원 여종석(공과대학 글로벌융합공학부) 연구팀의 연구 성과가 소재 분야 최고 권위지인 어드밴스드 머티리얼즈 자매지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 9월호에 Inside Front Cover 논문으로 선정됐다.

연구팀은 구부릴 수 있고 착용 가능한 유연성 기판 위에서 질병을 진단할 수 있는 시스템 개발을 위해, 빛과 금속 나노 구조체의 상호작용에서 일어나는 플라즈모닉스 현상과 유연성 기판의 특징을 결합했다.

이는 미래 착용형 진단시스템으로 나아갈 수 있는 기초 바이오칩 플랫폼으로 “Contanct Transfer Printing of Side Edge Prefunctionalized Nanoplasmonic Arrays for Flexible microRNA Biosensor”라는 제목으로 발표됐다. 여종석 교수팀의 이지혜 연구원(IT 융합공학과 석사과정)이 논문의 주저자로 참여했다.

Point-of-Care Testing(POCT)은 자원이 제한된 지역에서 질환을 감지하고 모니터링할 수 있는 역할을 하며, 특히 혈액이나 침 등 바이오 액체 내 소량의 마커를 진단하는 데 의의를 지닌다. POCT를 이용한 진단은 비용 또한 고려해야 할 변수이므로 최소한의 시약으로 라벨링 없이 저렴하게 제작되어야 한다.

이 특성을 만족시키기 위해 현재는 금 나노 입자의 표면에서 일어나는 전자들의 집단적인 움직임인 플라즈몬 현상을 이용해 추가적인 라벨링 없이 눈으로 쉽게 바이오 물질의 존재 여부를 알 수 있는 진단 플랫폼을 개발해왔다. 하지만 기존 금 나노 입자를 기반으로 한 제작 방식을 그대로 유연기판 위에 적용할 경우, 기판의 백그라운드에서 일어나는 큰 노이즈 산란과, 자가조립된 금 나노 입자 부착의 안정성 문제가 크게 대두되어 왔다.

따라서 본 연구팀은 기존 한계를 극복하기 위해 가시광 영역에서 구조체의 크기에 따라 다양한 산란 파장을 지니는 금 나노입자의 사이드 엣지 영역 광 산란특성에 초점을 둬 엣지 부분에만 특수 기능기를 붙이고, 이를 유연기판 위에 전사 인쇄하는 방식을 이용했다. 기판의 노이즈를 극소화시킨 새로운 방식의 도입으로 혈액 안에서 순환하는 유방암의 바이오 마커(miRNA-21)를 10×10-15M 까지 초고감도로 진단할 수 있게 됐다. 더불어 나노구조체의 수직방향 표면플라즈몬 현상을 효과적으로 이용해 극도로 작은 나노 구조를 만들어야 하는 기존의 나노공정 대비 비교적 큰 나노구조체를 활용해 대면적 제작이 가능한 공정을 개발했다. 이러한 초고감도 표면플라즈몬 기반 miRNA 진단 시스템의 기초 연구는 향후 스트레인 게이지 센서, 기능성 분자 소자 및 다른 종류의 질병 진단 등 다양한 응용에 이용될 수 있을 것으로 예상된다.

현재 여종석 교수 연구팀은 나노기술 기반의 IT-바이오-에너지 융합연구를 수행하고 있으며 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 ‘IT명품인재양성사업’의 지원으로 수행됐다.