바이오 물질 색 입혀 신호 처리하는 센서
바이오 물질 색 입혀 신호 처리하는 센서
  • 함예솔
  • 승인 2019.02.22 16:40
  • 조회수 655
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

바이오 물질을 컬러화~ 출처: fotolia
바이오 물질을 컬러화~ 출처: fotolia

 

연구배경은?

  • 세포나 장기 내의 바이오 물질을 분석해 특정 질환과의 연관성이나 발생 매커니즘 등을 규명하는 연구를 토대로 신약 개발이 활발합니다.
  • 단백질 같은 대부분의 바이오 물질은 가시광선 영역에서 무색의 투명한 상태이기 때문에 육안이나 광학 현미경으로 관찰하고 분석하기가 어렵습니다.
  • 이를 관찰하기 위해서는 바이오 물질에 특정 색상을 나타나게 하는 바이오 마커를 사용하거나 스펙트럼 특성을 분석해왔습니다.
  • 바이오 마커 기술은 바이오 물질의 특성을 변화시킬 수 있고, 경우에 따라 바이오 마커 처리가 불가능한 물질이 있어 바이오 마커 없이 바이오 물질을 검출하는 기술 개발이 필요합니다. 
  • 스펙트럼 분석 역시 복잡한 광학ㆍ분광기기가 필요하며, 분석의 해상도 또한 낮은 문제점이 있습니다. 

 

뭘 발견했는가?

  • DGIST 정보통신융합전공 장재은 교수팀이 나노구조체를 이용해 바이오 물질의 색상을 발현시키고 새로운 이미지 신호처리 기법을 적용한 바이오센서를 개발했다고 합니다. 
  • 장재은 교수팀은 DGIST 뇌ㆍ인지과학전공 문제일 교수팀과 정보통신융합전공 황재윤 교수팀과의 공동연구를 통해 나노구조체의 플라즈모닉 현상에 의한 선택적 투과 특성을 이용한 바이오센서 연구를 진행했습니다.

 

센서 주변의 물질 변화에 따른 색상 변화와 센서의 굴절률 민감도에 따른 물질 구별 결과. 출처: DGIST
센서 주변의 물질 변화에 따른 색상 변화와 센서의 굴절률 민감도에 따른 물질 구별 결과. 출처: DGIST

어떻게 조사했나?

  • 금속박막에 나노미터(nm)사이즈의 균일한 구멍(hole)이 주기적으로 배열된 플라즈모닉 나노구조체를 제작했습니다. 
  • 금속박막에 규칙적으로 미세한 구멍을 만들면 컬러렌즈가 특정한 빛만 선택적으로 통과시키는 것처럼 나노구조체 주변의 성질이 바뀌며 선택적으로 통과하는 빛의 파장 특성도 변해 다른 색상을 나타내게 됩니다. 
  • 이 기술은 나노구조체 위에 다양한 바이오 물질을 놓았을 경우 물질마다 고유의 다른 색상을 나타나게 할 수 있어 육안 혹은 현미경으로 구분할 수 있습니다. 
  • 또한, 분광기 같은 분석 장비 없이 비교적 간단한 이미지 센서를 사용해 얻어진 바이오 물질의 이미지 데이터를 픽셀 별로 분석했습니다. 그 결과, 바이오 물질 변화에 따른 색의 민감도가 나노구조체 배열의 간격과 관련있다는 사실을 증명해 정확도 높은 이미지 신호 처리 기법도 개발했습니다. 
  • 연구팀은 이러한 기술을 적용해 바이오 물질의 변화에 따른 나노구조체의 색상정보를 이미지 센서를 통해 얻었습니다. 그리고 새롭게 개발한 신호처리 기술과 접목시켜 바이오 물질을 실시간으로 정밀하게 검출할 수 있는 바이오센서를 개발하는데 성공했습니다. 

 

플라즈모닉 이미지 센서와 색 특성을 분석하는 이미지 처리 기술에 의한 바이오센서 시스템 모식도. 출처: DGIST
플라즈모닉 이미지 센서와 색 특성을 분석하는 이미지 처리 기술에 의한 바이오센서 시스템 모식도. 출처: DGIST

특이한 점은?

  • 연구팀이 개발한 바이오센서는 2차 처리나 분석장비 없이도 바이오 물질을 실시간으로 분석 및 검출할 수 있어 질병 메커니즘 분석, 신약 개발 등 바이오 분야 연구에 널리 사용할 수 있을 것으로 보입니다.
  • 또한 현미경을 사용하는 기존 분석법에도 적용이 가능해 상용화도 용이하다는 장점이 있습니다. 


이 연구가 왜 중요할까?

  • 투명한 바이오 물질에 대해 별도의 처리과정과 복잡한 장비 없이 실시간으로 센싱 및 정량화가 가능하고 기존 관련 연구대비 높은 민감도를 보여줌으로써 매우 정밀한 분석이 가능해졌습니다.
  • 이 기술은 바이오 물질 뿐 아니라 굴절률이 다른 모든 투명한 물질을 매우 낮은 오차로 구별해 낼 수 있습니다. 또한 물질에 대한 정량적 예측도 가능해 활용 범위가 넓다고 합니다. 

 

장재은 교수. 출처: DGIST
장재은 교수. 출처: DGIST

 

"바이오 연구 분야에서 필수적인 바이오물질의 구분 및 추적등에 효과적으로 적용할 수 있는 핵심기반 기술을 개발했습니다. 나노공학, 전자공학, 뇌과학 분야 전문가들의 융합연구 결과로 뇌질환 연구 및 치료에 적극 활용할 수 있을 것으로 기대합니다"

-장재은 교수- 
 


 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2019 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트