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문제 정의
- 현재 의료진단에서 사용하는 혈액분석용 바이오센서는 특정분석대상물과 선택적으로 반응하는 효소, 항체, 핵산 등을 이용하여 특정 단백질 혹은 대사물질의 농도를 fg/ml 이하까지 측정 가능한 것으로 보고하고 있다1). 바이오센서를 이용한 의료진단은 인간의 체액을 이용하여 질환의 조기진단 혹은 모니터링을 목적으로 한다. 일반적으로 혈액, 타액, 땀 등을 이용하여 질환과 관련된 단백질 혹은 대사물질(분석대상물)과 선택적으로 반응하는 효소, 항체 등을 이용하여 분석대상물의 존재유무(정성분석) 및 농도(정량분석)를 측정하여 질환진단을 수행한다.
- 최근 개발되고 있는 항체를 대용하기 위한 분자인지재료의 특징은 기존 항체와 같은 생체물질이 아닌 고분자물질 혹은 무기물질을 사용한 분자인지재료의 개발이 두드러지는 점이다. 본 장에서는 최근 바이오센서적용을 위해 개발되고 있는 대표적인 분자인지재료에 대해 소개하고자 한다.
- 항체를 이용하는 경우 분석대상물과의 상호작용으로 발생하는 물리적 변화는 유전율, 임피던스와 같은 전기적 변화, 굴절률 변화와 같은 광학적 변화, 질량변화, 결합에너지의 유출로 인한 온도변화 등으로 다양하며, 적용되는 물리적 변화는 트랜스듀서를 제작하는 센서기술 및 새로운 측정원리의 적용 등을 통해 다양하게 선택되어 왔다. 본 장에서는 항체를 이용하여 사용되는 트랜스듀서에 대해 고찰하고자 한다.
- 일례로 간염바이러스의 표면에 Z-domain을 발현시킨 후, 항체를 결합시켜 배향을 조절한 논문이 보고되었다. 이 논문에서는 표면적을 넓히기 위해 나노선을 배열시킨 표면에 Z-domain을 발현하는 바이러스를 흡착시키고, 심근경색 진단용 바이오마커인 트로포닌에 대한 항체를 고정하는 경우 배향조절 및 표면밀도향상의 효과로 민감도가 fg/ml 이하까지 향상됨을 보고하였다14). 유사한 연구결과로 Z-domain을 대장균의 표면에 발현시킨 후 대장균의 외막을 분리하여 트랜스듀서의 표면에 옮겨 항체의 배향조절을 구현한 논문이 보고되었다15).
- 이와 같이 바이오센서를 이용한 의료진단 혹은 환경모니터링을 위해서는 특정분석대상물에 대해 선택적으로 상호작용을 일으키는 분자인지도구의 개발을 필요로 하며, 높은 민감도로 분석대상물과 분자인지도구의 상호작용을 정량화하기 위한 고감도 트랜스듀서의 개발이 요구된다. 현재까지 상용 바이오센서 개발동향과 관련하여 다양한 관점의 분석이 보고되었으며, 본 동향보고서에서는 근래에 보고되고 있는 새로운 개념의 분자인지도구 및 나노신소재를 적용한 트랜스듀서 기술개발 동향에 초점을 맞추어 고찰하고자 한다.
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