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주요연구성과
세계최초 차세대 마이크로어레이 분석기술 개발포항공과대학교(POSTECH) 김준원 교수

김준원 교수 연구팀이 물과 기름이 섞이지 않는 원리를 이용하여 분석 칩 속에 미세 막 구조물이 포함된 수많은 독립공간 (30개/mm2)을 만들고, 각 공간에 다양한 마이크로 입자를 원하는 개수와 순서로 배치해, 입자간 상호 오염 없이 여러 가지 반응을 동시에 정확하게 분석하는 기술을 개발했다.

기존에는 질병진단 등 화학 및 바이오물질의 복합 반응을 1개의 분석 칩으로 분석할 때, 각각의 반응을 완전히 분리하지 못해 반응물질끼리 오염될 수 있어 여러 가지 반응을 동시에 정확하게 분석하는 것에 어려움을 갖고 있었던 것을 해결한 것이다.
* 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)」 표지논문(‘17년 8월) 게재
* Advanced Science News에 주목해야 할 차세대 마이크로어레이 신기술(Playing Pinball at Microscale)로 소개

주로 2차원 평면상에 다양한 종류의 물질(단백질, DNA, 세포 등)을 점 형태의 어레이로 구성하는 기존의 방식은 단순히 각 어레이 내 물질과 샘플 간의 일대일 반응만을 관찰할 수 있으며 또한 어레이 내 상호 오염 가능성으로 인해 결과의 신뢰성이 떨어지며 이에 제한적인 정보만을 얻을 수 있다는 한계점이 존재한다. 때문에, 병원에서는 의심이 가는 질병에 한해서는 정밀한 해당 질병 분석기술을 추가적으로 진행 하고 있다. 따라서 다양한 분석 정보를 제공하며 정밀한 질병 진단 성능을 가지는 차세대 마이크로어레이 기술이 필요하다.

현재 마이크로어레이 및 랩온어칩 기술은 상업화가 많이 이루어지는 고부가가치 산업으로 전세계 시장은 수십억 달러 규모이다. 때문에, 매년 20%이상 성장하고 있고 플랫폼 기술로서 시장 진입 시 파급효과가 매우 클 것으로 기대한다. 후속연구를 통해, 배열 가능한 마이크로 입자의 개수를 늘리고 입자의 기능을 다양화해, 기존 기술로 수행할 수 없었던 더욱 복잡한 다중 분석 기술을 구현해 나갈 계획이다.

포항공과대학교 [세계최초 차세대 마이크로어레이 분석기술 개발]자세히보기
초저농도 표적 유전자 진단 원천기술 개발 서울대학교 남좌민 교수

남좌민 교수팀은 유전자 관련 질병을 조기에 진단할 수 있는 원천기술을 세계 최초로 개발했다. 나노미터(10억분의 1m) 크기의 금 입자들이 유전자와 결합하고 분리되는 과정에서 발생하는 신호를 파악해 질병을 일으키는 유전자를 정밀하게 측정하는 분석하는 것이다.

이를 통해, 증폭 없이도 미세한 실제 신호 (true signal)만을 찾아내어 분석하였을 뿐 아니라 비특이적 결합 (nonspecific binding)에 의한 거짓 양성 신호의 방해를 효율적으로 제거하여 초저농도에서 수십 개의 표적 유전물질만을 정밀하고 정확하게 정량화할 수 있다.
* 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition, IF11.994)’ 誌 온라인 판 ‘주목할 만한 논문(hot paper)’ 으로 선정.

기존에 사용되는 고가의 형광 장비를 활용하지 않고, 비교적 저렴하며 비전문적으로도 사용이 가능한 기술을 이용하여 타겟에서 일어나는 동력학적 현상을 초 고감도로 관측할 수 있는 기술이다.

또한, 극미량의 표적 유전자를 증폭 없이 수십 개에서 수천 개 까지 정밀하고 정확하게 검지하고 정량할 수 있는 원천기술이다.

아울러 유전자 이외의 다양한 생체분자 물질에서도 동력학적 반응에 대한 분석이 손쉽게 이루어 질 수 있을 것이며, 바이오 마커로 개발된 다양한 생체 분자에 관련된 정보들을 바탕으로 매우 미량의 시료에서도 관심있는 바이오 마커에 대한 분석이 가능할 것이다.

국민 보건에 위협이 되는 암 등의 다양한 질병들을 조기에 발견하여 완치율을 높이며, 2차 3차의 재발과 회복에서 오는 비용 문제를 해결하여 경제적 부담을 줄일 수 있게 할 것이다. 또한, 인류를 크게 위협하는 유행성 바이러스 및 박테리아 등을 손쉽게 스크리닝할 수 있는 헬스가드 (Health-Guard) 기술에도 본 기술을 접목시킬 예정이다.

서울대학교 [남좌민 교수팀, 초저농도 표적 유전자 진단 원천기술 개발]자세히보기
거미집 모방한 바이오센서 플랫폼을 개발대구경북과학기술원(DGIST) 김철기 교수

김철기 교수 연구팀은 거미집을 모방한 자성(磁性) 패턴을 활용해 기존의 바이오센서보다 감지속도가 20배 빠른 바이오센서 플랫폼을 개발하였다. 기존의 단백질, DNA 등 바이오 분자의 이동이 느리다는 단점을 해결하기 위해 자기장을 이용했다. 바이오 분자에 초상자성입자 라벨을 부착하고 외부자기장을 사용해 바이오 분자의 이동을 쉽게 제어하고 이를 초고감도 자기센서로 감지할 수 있게 했다.

또한, 거미집 모양의 미세 자성 패턴을 활용한 새로운 바이오센서 플랫폼을 개발해 초상자성입자가 부착된 바이오 분자를 센서로 모으는 방법으로 저밀도의 바이오 분자 포집 능력을 증가시켜 바이오센서의 감지 능력을 향상시켰다.
* 엔피지 아시아 머티리얼즈(NPG Asia Materials)’ 온라인판 게재

기존의 바이오센서는 확산에만 의존해 센서가 저밀도의 바이오 분자를 감지하는데 시간이 많이 걸리고 감지효율이 떨어진다. 이에 김철기 교수 연구팀은 자기장 기반 바이오센서 플랫폼은 바이오 분자의 포집 능력을 향상시키고, 바이오 분자 이동 속도와 감도를 증가시켜 암과 같은 질병의 조기 진단과 재발 진단에 활용할 예정이다.

연구팀은 바이오센서 플랫폼을 활용해 감지 영역으로부터 먼 거리에 있는 초상자성입자가 결합된 바이오 분자를 모니터링하는데 성공했으며, 초상자성입자가 운송을 위한 바이오 분자 운반자 역할을 할뿐만 아니라 센서에 바이오 분자가 있음을 표시하는 표지역할을 한다는 사실이다.

더 다양한 종류의 샘플을 대상으로 여러 종류의 센서를 활용해 측정할 수 있기 때문에 실제 상용화된 센서의 측정 속도를 높이고 한계를 극복해 질병의 조기 및 재발 진단, 만성질환 및 신경질환 관리 등에 활용하고자 한다.

DGIST [거미집 모방한 바이오센서 플랫폼을 개발하다]자세히보기
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