코로나 막는 비타민D 고감도 나노 광학 압타센서
코로나 막는 비타민D 고감도 나노 광학 압타센서
  • 함예솔
  • 승인 2021.04.02 16:45
  • 조회수 332
  • 댓글 0
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고려대학교 세종캠퍼스 전자·기계융합공학과 박진성, 홍정화 교수 공동 연구팀이 '코로나 19 예방을 위한 비타민D 고민감도 나노 광학 압타센서'를 개발하는 성과를 냈습니다. 공동연구팀은 비타민 D가 부족할 경우, 코로나-19 감염 위험이 증가한다는 것과 충분항 양의 비타민 D는 코로나-19 감염 예방에 효과가 있다는 학계 보고에 주목하여 코로나바이러스 감염증과 비타민 D의 상관관계를 바탕으로 연구를 진행했습니다. 본 연구는 ‘Biosensors and Bioelectronics'에 게재됐습니다. 

비타민 D를 위해 광합성(?)을 열심히~! 출처: AdobeStock
비타민 D는 코로나-19 감염 예방에 효과. 출처: AdobeStock

코로나19 예방을 위한 비타민D 고민감도 나노 광학 압타센서

 

체내의 비타민 농도는 일반적으로 비타민 D의 대사산물인 25-하이드록시 비타민 D3(이하 비타민 D3)를 측정해 결정되는데, 현재까지 개발된 센서들은 비타민 D3 결핍 또는 과잉을 정확히 측정하기 어렵다는 한계가 있었습니다. 공동 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 비타민 D3의 결핍 및 과잉 상태를 더욱 정확히 측정할 수 있는 '폴리에틸렌글리콜(PEG) 무첨가 금나노로드 입자 기반 국소표면플라즈몬 압타센서'를 개발했습니다.

 

공동 연구팀은 센서를 제작하는 과정에서 입자 표면의 개질 기술을 통하여 표면에 기능화된 폴리에틸렌글리콜을 구연산염으로 교환 및 최적화했고 입자 기반 센서로서의 높은 안정성과 국소표면플라즈몬 신호를 확보했습니다. 또한, 센서 표면에 압타머와 차단제를 기능화해 센서와 간접 분자 사이의 비특이적 결합을 방지함으로써 센서의 감지 성능을 더욱 향상시켰습니다. 

비타민 D3에 대한 PEG-free 금나노로드입자 기반 나노 광학 압타센서의 검출 전략 모식도. 출처: 고려대학교
비타민 D3에 대한 PEG-free 금나노로드입자 기반 나노 광학 압타센서의 검출 전략 모식도. 출처: 고려대학교

개발된 센서는 0.1 ng/mL에서 0.1 mg/mL 수준의 넓은 농도 범위에서 비타민 D3를 민감하게 검출했으며 검출 한계는 0.1 ng/mL 로 고민감도 검출 결과가 나온 것을 확인할 수 있었습니다. 또한 비타민A, C를 비롯한 다양한 비타민에 사이에서도 선택적으로 비타민 D3만을 검출할 수 있음을 확인했습니다.

PEG가 무첨가 금나노로드입자 기반 압타센서를 사용한 비타민 D3 검출 a) 정규화된 최대 LSPR 스펙트럼의 이동.  b) 비타민 D3 검출 농도 범위 (0.1–105 ng/mL). 출처: 고려대학교
PEG가 무첨가 금나노로드입자 기반 압타센서를 사용한 비타민 D3 검출 a) 정규화된 최대 LSPR 스펙트럼의 이동. b) 비타민 D3 검출 농도 범위 (0.1–105 ng/mL). 출처: 고려대학교

공동연구팀에 의하면 이번에 개발한 센서는 기존 센서들의 주요 한계점이었던 좁은 농도 측정 영역을 극복할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 특히 0.1 ng/mL에서 0.1 mg/mL 수준의 넓은 농도 범위에서 비타민 D3를 비롯한 매우 작은 크기의 생물학적 바이오마커를 검출할 수 있는 고민감도, 고선택성 센서로서 다양한 응용이 가능하다는 의견입니다. 또한, 센서로 제작하고자하는 기판에 특별한 화학적 처리 없이 기판과 입자사이의 높은 결합력을 요구하는 나노입자 기반 바이오센서를 개발하는데 있어 핵심 원천 기술로도 활용이 가능할 전망입니다. 

PEG가 무첨가 금나노로드입자 기반 압타센서의 선택도. b) Serum albumin 샘플에서의  비타민 D3 검출. 출처: 고려대학교
PEG가 무첨가 금나노로드입자 기반 압타센서의 선택도. b) Serum albumin 샘플에서의 비타민 D3 검출. 출처: 고려대학교

이번 연구 성과와 관련하여 박진성 교수는 "이번 연구 성과는 팀원들의 꾸준한 노력이 있었기에 가능했다"며 "이번 연구를 계기로 향후 나노입자 기반 국소표면플라즈몬 압타센서 소형화를 개발하는데 다양한 노력을 기울일 것"이라고 밝혔습니다. 덧붙여, 박진성 교수는 "비타민을 비롯한 다양한 바이오마커 검지를 가능하게 하고 스마트헬스케어 시스템을 구축하고자 한다"고 앞으로의 계획을 밝혔습니다.


##참고자료##

 

Jo, Seongjae, et al. "Wide-range direct detection of 25-hydroxyvitamin D3 using polyethylene-glycol-free gold nanorod based on LSPR aptasensor." Biosensors and Bioelectronics (2021): 113118.


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