Nanobiotechnology, the interdisciplinary area at the crossroad of biotechnology and nanoscience, combines contributions from molecular and cell biology, chemisty, material science, and physics in an attempt to understand the behavior of nanobiomaterials, their development and applications. At presen...
Nanobiotechnology, the interdisciplinary area at the crossroad of biotechnology and nanoscience, combines contributions from molecular and cell biology, chemisty, material science, and physics in an attempt to understand the behavior of nanobiomaterials, their development and applications. At present, nanobiotechnology is believed to hold great promise for improving health and prolonging life, faciliating biomarker discovery, molecular diagnostics, discovery of novel drugs and drug delivery, which are important basic components of biomedical science. In the recent trend of nanobiotechnology, this review is intended to provide a better understanding of nanobiotechnology in its applications and perspectives, separating this integration technology into three parts such as nanobiochip/sensor, nanobiomaterials, and nanobioanalysis in order to hopefully gain insights into why size matters, how nano-materials and -devices can be engineered.
Nanobiotechnology, the interdisciplinary area at the crossroad of biotechnology and nanoscience, combines contributions from molecular and cell biology, chemisty, material science, and physics in an attempt to understand the behavior of nanobiomaterials, their development and applications. At present, nanobiotechnology is believed to hold great promise for improving health and prolonging life, faciliating biomarker discovery, molecular diagnostics, discovery of novel drugs and drug delivery, which are important basic components of biomedical science. In the recent trend of nanobiotechnology, this review is intended to provide a better understanding of nanobiotechnology in its applications and perspectives, separating this integration technology into three parts such as nanobiochip/sensor, nanobiomaterials, and nanobioanalysis in order to hopefully gain insights into why size matters, how nano-materials and -devices can be engineered.
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문제 정의
본 총설에서는 나노바이오공학의 기본적인 개념을 정립하고, 나노바이오공학의 대표적인 핵심 응용기술로서 나노 바이오칩/센서 기술, 나노생체재료 기술, 그리고 나노 생체분석 기술을 소개하고, 향후 연구 방향 및 발전 가능성 등을 중심으로 논의하고자 한다.
약물 전달용 나노소재에 대한 기술개발은 항암제, 단백질/펩타이드, 유전자 등의 치료용 약물을 생체조직 내로 보다 효율적으로 전달하기 위하여, 약물의 특성에 가장 적합한 생체 적합성 신소재 구조를 설계하고 생체조직과 합성소재 계면상에서의 상호작용을 제어함으로써 최적의 나노 전달체를 개발하기 위한 약물 전달시스템 (Drug Delivery System : DDS)에 초점이 맞춰져 있다. 일반적으로 약물 전달체로서의 나노입자는 특정 목표 부위에 약물을 효과적으로 전달해 줌으로써 약물의 효능을 높이면서, 부작용을 최소화하기 위한 것으로서, 이러한 연구의 주요 목표는 약리학적으로 적절한 전달 속도와 양을 특정 신체 부위에 방출하는 시스템을 만드는 것이다. 현재 다양하게 활용되고 있는리포좀은 생체 이용률을 촉진시키는 잠재적인 약물 전달체로서 주목을 받았으나, 낮은 약물 봉입효유 수용성 약물의 누출, 그리고 낮은 콜로이드 안정성 및 화학적 변성 등과 같은 문제점들로 인해 효과적인 사용이 제한되고 있다.
제안 방법
2003). QDs were linked to IgG in order to investigate the ability of QD-IgG probes to label a specific cellular target. QD 560 and QD 608 were linked to streptavidin and the QD-streptavidin conjugates were used as alternative probes to detect Her2.
반면 AFMe 유연성이 뛰어난 3차원 미세구조물인 캔틸레버 끝에 달려있는 뾰족한 침과 시료 표면 사이에 작용하는 원자들 간의 인력 및 척력을 측정하는 방식을 사용한다. 캔틸레버 뒷면에서 반사된 레이저 빔을 광다이오드를 이용하여 위치 선택적으로 검출함으로써 탐침과 시료 사이의 인력, 척력에 의한 캔틸레버의 휘어짐 정도를 인식하게 된다. (Figure 5).
후속연구
등 다양한 방식의 측정 기술을 적용할 수 있다. 금 나노입자를 표지물질로 이용하는 것은 현재 질병 진단용 키트 제품에서 많이 활용되고 있으며, 향후 금속 나노입자 및 양자점 (Quantum Dots) 나노입자를 바이오칩/센서에 이용하는 것에 대한 연구가 더욱 폭넓게 진행될 것으로 예상된다. 한편, 기능성이 증대된 새로운 개념의 나노바이오센서를 개발하고자 하는 노력이 활발히 이루어지고 있는데, 유연성이 있는 실리콘 캔틸레버 위에 부착되어 있는 수용체 분자와 측정하고자하는 생체 분자가 서로 상호작용할 때 발생하는 받데르발스 (Van der Waals) 힘에 기인하여 캔틸레버가 휘는 정도를 측정하는 캔틸레버 센서 (Hansen and Thundat 2005), 단분자 감지 (Single Molecule Detection : SMD) 및 거동분석을 위한 이온 채널 스위치 바이오센서 (Wright Lucas and Harding 2000, Woodhouse et al.
또한 나노생체분석 기술 분야에서는 주사 터널 현미경 (STM)이 발명되고, 뒤를 이어 원자힘 현미경 (AFM)과 같은 주사 탐침 현미경 (SPM) 이개발됨으로써 나노-바이오 물질과 이들 구조에 관한 특성을 파악할 수 있게 되었고, 나노 스케일의 측정과 제어가 가능하게 되었다. 나아가서, 초고속, 초고분해능 바이오-나노 탐침 측정 기술로 SPM을 이용한 단일 생체 분자의 검출 및 조작기술, 단일 세포의 선택적 고정화 기술, 랩온어칩 기술 및 단일 세포의 나노측정용 칩 기술 등 아직 개발해야 할 연구 분야가 많은 것으로 사료된다. 특히, 바이오칩/센서 중에서 단백질 칩은 DNA칩과는 달리 단백질의 활성, 배향성, 안정성, 비특이적 결합, 측정 민감도 비표지 분석 기술 등 아직까지 해결해야 될 기술적인 문제가 남아 있으며, 따라서 이러한 한계를 극복하기 위해서는 나노기술이 적용된 새로운 개념의 나노바이오 센서의 개발이 반드시 필요하다고 하겠다.
것이다. 따라서, 나노기술 도입에 의한 나노바이오 센서의 개발이 가속화 될 것으로 예상되며 전기장 효과 트랜지스터 (FET), 광섬유, 전기화학 나노센서, 나노와이어 생체 정보 감지 기능을 가지는 나노 구조체, 감지소자가 조합된 다성분 실시간 분석용 나노센서 등의 개발이 가속화 될 것으로 전망된다. 이렇게 개발된 나노바이오센서는 통신기술 및 데이터 프로세싱 기술과 결합되어 유비쿼터스 헬스케어 즉 재택검사 또는 현장진단 (Point-of-Care)을 가능케 해 줄 것이다.
2003) (Figure 4). 따라서, 양자점을 이용하여 생물학적 시스템에서 살아있는 세포 내 여러 종류의 단백질간 상호작용 및 단백질들의 세포 내 위치 및 움직임을 실시간으로 관찰함으로써 단백질들의 기능과 그 기능의 상호 의존성을 이해하는 가장 직접적인 도구가 될 수 있을 것이다.
따라서, 나노기술 도입에 의한 나노바이오 센서의 개발이 가속화 될 것으로 예상되며 전기장 효과 트랜지스터 (FET), 광섬유, 전기화학 나노센서, 나노와이어 생체 정보 감지 기능을 가지는 나노 구조체, 감지소자가 조합된 다성분 실시간 분석용 나노센서 등의 개발이 가속화 될 것으로 전망된다. 이렇게 개발된 나노바이오센서는 통신기술 및 데이터 프로세싱 기술과 결합되어 유비쿼터스 헬스케어 즉 재택검사 또는 현장진단 (Point-of-Care)을 가능케 해 줄 것이다.
나아가서, 초고속, 초고분해능 바이오-나노 탐침 측정 기술로 SPM을 이용한 단일 생체 분자의 검출 및 조작기술, 단일 세포의 선택적 고정화 기술, 랩온어칩 기술 및 단일 세포의 나노측정용 칩 기술 등 아직 개발해야 할 연구 분야가 많은 것으로 사료된다. 특히, 바이오칩/센서 중에서 단백질 칩은 DNA칩과는 달리 단백질의 활성, 배향성, 안정성, 비특이적 결합, 측정 민감도 비표지 분석 기술 등 아직까지 해결해야 될 기술적인 문제가 남아 있으며, 따라서 이러한 한계를 극복하기 위해서는 나노기술이 적용된 새로운 개념의 나노바이오 센서의 개발이 반드시 필요하다고 하겠다.
향후 센서 시장의 경쟁력은 가격저흐k 분석의 신속성 및 안정성, 편리성, 분석 결과의 신뢰성, 동시 다중분석 등에 있을 것이다. 따라서, 나노기술 도입에 의한 나노바이오 센서의 개발이 가속화 될 것으로 예상되며 전기장 효과 트랜지스터 (FET), 광섬유, 전기화학 나노센서, 나노와이어 생체 정보 감지 기능을 가지는 나노 구조체, 감지소자가 조합된 다성분 실시간 분석용 나노센서 등의 개발이 가속화 될 것으로 전망된다.
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