KAIST, 6개 표적 물질 동시 검출 종이센서 개발
KAIST, 6개 표적 물질 동시 검출 종이센서 개발
  • 신승민 기자
  • 승인 2022.03.07 13:55
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▲ 이진우 KAIST 생명화학공학과 교수. ⓒ KAIST
▲ 이진우 KAIST 생명화학공학과 교수. ⓒ KAIST

KAIST는 이진우 생명화학공학과 교수 연구팀이 가천대 김문일 바이오나노학과 교수팀, 포스텍 한정우 화학공학과 교수팀과 나노자임을 합성하는 데 성공, 6개의 표적 물질을 동시에 그리고 민감하게 검출 가능한 종이 센서를 개발했다고 7일 밝혔다.

공동 연구팀은 기존의 과산화효소 모방 나노자임들과 달리 중성에서 활성을 지니며 큰 기공을 가져 산화효소를 적재할 수 있는 코발트가 도핑된 매조 다공성 구조의 산화 세륨을 개발했다.

이를 이용해 질병 진단물질인 글루코오스, 아세틸콜린, 콜레스트롤을 비롯한 6개의 물질을 동시에 검출할 수 있는 종이 센서를 개발했다.

나노자임은 기존의 효소가 사용되던 다양한 질병의 검출에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 효소가 사용되기 어려웠던 극한 환경이나 다양한 미세환경이 존재하는 체내에서도 그 역할을 수행할 수 있어 필요성이 강조되고 있다.

공동연구팀은 밀도범함수이론을 도입해 기존에 과산화효소 활성이 있던 산화 세륨 위에 어떠한 요소를 도핑하면 중성에도 활성이 유지될지 스크리닝을 진행했고, 코발트 원소가 최적 물질임을 예측했다.

연구팀은 중성에서의 활성을 유도할 코발트 원소를 도핑하면서 산화효소를 적재할 수 있게 17nm의 큰 기공을 지니는 메조 다공성 구조의 산화세륨 합성에 성공했다.

메조 다공성 나노물질들이 2~3nm 기공을 지니는 것과 달리 연구팀은 열처리 과정에서의 변화를 통해 큰 기공을 지니도록 합성할 수 있었고, 이 기공에 산화효소들을 적재할 수 있다는 것을 확인했다.

합성된 나노자임은 중성에서 최적 활성을 지녀 pH의 변경 없이 산화효소와 연쇄 반응을 일으킬 수 있었다.

연구팀은 개발한 나노자임에 중요한 질병 진단물질인 글루코오스, 아세틸콜린, 콜린 등을 담아 과산화수소를 포함한 6개 물질을 동시에 검출할 수 있는 종이 센서를 개발했다.

종이 센서는 20분 만에 6개 물질을 검출할 수 있으며 기존 하나씩만을 검출할 수 있는 센서들의 검출한계보다 더 좋은 성능을 보였다.

연구팀은 산화효소를 메조 다공성 산화세륨에 적재해 60도의 고온에서도 안정적이고, 60일이 넘는 시간 동안 안정적으로 작동함을 확인했다.

이 교수는 "나노자임은 분야 자체가 시작된 지 오래되지 않았지만 기존 효소를 대체해 쓰일 수 있다는 잠재성 때문에 폭발적으로 관심이 증가하고 있다"며 "앞으로 종이 센서 뿐만 아니라 각종 진단과 암 치료에 나노자임을 도입해 진단과 치료 분야에 큰 도약을 이뤄낼 가능성이 있다"고 말했다.

▲ 연구 모식도. ⓒ KAIST
▲ 연구 모식도. ⓒ KAIST


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