[논문]바이오센서

황교선; 김상경; 김태송

doi:10.5369/jsst.2009.18.4.251

바이오센서
Biosensors: a review 원문보기

센서학회지 = Journal of the Korean Sensors Society, v.18 no.4, 2009년, pp.251 - 262

황교선 (한국과학기술연구원 나노바이오연구센터) , 김상경 (한국과학기술연구원 나노바이오연구센터) , 김태송 (한국과학기술연구원 나노바이오연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

Biosensors exploit the specific binding between recognition molecule on the biosensor surface and target molecule in analyte and are used in the detection of specific biomolecules such as protein, DNA, cell, virus, etc., with a view towards developing analytical devices. Recently, application field of biosensors have been expanding from diagnosis to biodefense because they can basically serve as high performance devices. This review describes the basic information of biosensors including definition, classification, and operational principle. Moreover, we introduce micro/nano technology-based biosensors with better detection performance than traditional method and their application examples.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 바이오센서의 기본적인 내용과 감지 방법에 따른 동작원리 및 최근 각광받고 있는 마이크로/나노 기술 기반 바이오센서의 연구동향에 대해 소개하였다. 또한 본 리뷰 논문에서 언급한 방법 외에도 다양한 종류의 바이오센서가 개발 중이거나 상품화가 진행 중이다.
본 논문에서는 의료, 환경, 식품, 군사 및 연구용으로 그 응용 분야가 매우 다양하고 그 효용가치가 무궁무진한 바이오센서를 정의하고, 바이오센서의 기본구성 및 신호 변환 원리에 따른 대표적인 바이오센서의 동작원리를 간략히 설명하고, 최근에 각광받고 있는 기술과 마이크로/나노기술 기반의 바이오센서 개발 연구 동향을 살펴보도록 하겠다.
마이크로/나노 기술과 바이오 기술의 접목으로 기존의 바이오센서의 소형화를 하거나 감도를 향상시키거나 새로운 유형의 바이오센서를 개발하게 하여 기존 기술로 불가능 하였던 기능을 수행할 것으로 기대되고 있다. 여기서는 이러한 마이크로/나노 기술 기반의 바이오센서 중 대표적인 네 가지를 소개하고 그 연구 동향을 알아보도록 하겠다.
생체물질 간의 특이 결합이 일어나면서 발생하는 표면응력에 의하여 캔틸레버 센서의 휘어짐으로 생체물질의 존재를 여부를 알 수 있는 방법(정적모드, static mode)과 구조적 특성에 의하여 정해지는 공진주파수의 변화로 감지하는 방법(동적 모드, dynamic mode)이 사용된다. 캔틸레버의 표면에서 생체물질의 결합이 일어났을 때 생체물질간에 발생하는 힘이 캔틸레버 센서에 전달되어 새로운 평형상태(equilibrium state)에 이르기 위하여 변형이 발생하는데 이러한 변형을 위의 두 가지 방법으로 감지하여 생체물질의 정량적 분석을 하는 것이다.

제안 방법

QCM은 석영(quartz)의 압전성질을 이용하여 석영결정(quartz crystal)의 크기, 두께, 탄성도 등과 같은 물리적인 요소에 결정되는 공진 주파수를 측정하여 석영결정 표면의 생체 분자 인식 층에 특이 결합하는 표적 물질의 질량을 분석한다^[16].
신호 변환기에 따른 분류는 위에서 알아본 바와 같이 크게 광학, 전기화학, 기계적 방법으로 나눌 수 있다. 각각의 방법을 대표하는 바이오센서를 소개하고 간단한 동작원리를 설명하도록 하겠다.
Harvard 대학의 Lieber 교수팀은 나노 와이어에 항체를 고정화하고 그 항체에 특이 결합하는 influenza A 바이러스를 전도도 변화(약 20 nS)로 검출하였다. 또한, 전립선 암의 표지 단백질인 PSA(prostate specific antigen)를 수백 fg/ml 범위까지 감지 하였다.(Fig.

이론/모형

일반적으로, 캔틸레버 센서는 두 가지 모드를 가지고 생체물질을 감지 할 수 있다. 생체물질 간의 특이 결합이 일어나면서 발생하는 표면응력에 의하여 캔틸레버 센서의 휘어짐으로 생체물질의 존재를 여부를 알 수 있는 방법(정적모드, static mode)과 구조적 특성에 의하여 정해지는 공진주파수의 변화로 감지하는 방법(동적 모드, dynamic mode)이 사용된다. 캔틸레버의 표면에서 생체물질의 결합이 일어났을 때 생체물질간에 발생하는 힘이 캔틸레버 센서에 전달되어 새로운 평형상태(equilibrium state)에 이르기 위하여 변형이 발생하는데 이러한 변형을 위의 두 가지 방법으로 감지하여 생체물질의 정량적 분석을 하는 것이다.

후속연구

본 논문에서는 바이오센서의 기본적인 내용과 감지 방법에 따른 동작원리 및 최근 각광받고 있는 마이크로/나노 기술 기반 바이오센서의 연구동향에 대해 소개하였다. 또한 본 리뷰 논문에서 언급한 방법 외에도 다양한 종류의 바이오센서가 개발 중이거나 상품화가 진행 중이다.
또한 전처리 기술로써 생체물질을 농축하는 기술 및 생체 샘플의 전처리에 있어서 탈염화(desalting) 기술의 개발 또한 요구되고 있다. 이러한 전처리 기술과 센서기술의 결합을 통한 랩온어칩의 구현이 궁극적인 바이오센서의 향후 발전 방향이 될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	센서를 트랜스듀서의 하위개념으로 보는 이유는?	센서는 자주 트랜스듀서(transducer)와 혼용되어 같은 개념으로 사용되기도 하는데, 엄밀히 말하면 센서는 트랜스듀서의 하위개념이라고 할 수 있다. 이는 입력 신호를 다른 신호의 형태로 변환하는 신호 변환 시스템(transducing system)의 포괄적인 개념에 포함되기 때문이다. 신호 변환 시스템은 입력 신호를 전기 신호로 변환하는 입력 트랜스듀서(input transducer)와 신호 처리부 및 신호처리부에서 전달되는 전기 신호를 출력 신호로 변환하는 출력 트랜스듀서(output transducer)로 구성되는데(Fig.
	바이오센서가 각광 받는 이유는?	바이오센서(biosensor)는 1962년 Leland C. Clark이 효소 전극(enzyme electrode)을 이용하여 포도당을 감지하여 최초의 글루코즈센서를 개발한 이래로 발전을 거듭하고 있고, 현재 다양한 응용 분야를 가지고 있기 때문에 “21세기 블루오션” 중의 하나로 크게 각광받고 있다. 바이오센서는 생화학 반응에 의한 신호를 전기신호로 바꾸는 소자[1]로 물리학·화학·생물학·전자공학·재료공학 등 과학 전반에 걸친 기술을 필요로 하는 미래형 융합기술(fusion technology)이라고 할 수 있다.
	바이오센서의 주요 응용 분야에는 무엇이 있는가?	바이오센서는 생화학 반응에 의한 신호를 전기신호로 바꾸는 소자[1]로 물리학·화학·생물학·전자공학·재료공학 등 과학 전반에 걸친 기술을 필요로 하는 미래형 융합기술(fusion technology)이라고 할 수 있다. 바이오센서의 주요 응용 분야는 의료용, 환경용, 식품용, 산업용, 군사용, 실험연구용 등이며, 의료용은 현재 가장 많이 이용되고 있는 분야로써 혈당측정용 바이오센서와 임신진단용 키트가 바이오센서의 성공적인 상용화 기술로 알려져 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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