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자성 나노바이오센서 기술
Magnetic Nano-biosensor Technology 원문보기

진공 이야기 = Vacuum magazine, v.5 no.1, 2018년, pp.4 - 8  

이정록 (이화여자대학교 휴먼기계바이오공학부)

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Many devices based on magnetism such as power generators and motors are frequently used in real life. Magnetic materials at nano-scale can be utilized as storage devices such as magnetic tapes and hard disk drives as well as spintronics. In addition to spintronics, magnetic biosensors are another in...

AI 본문요약
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성능/효과

  • 자기공명영상의 경우는 수 테슬라 단위의 강력한 자기장을 인가하여 인체에 존재하는 수소 원자를 자화시켜 자기적 성질을 띠게 한 뒤, 각 신체 조직 별로 차이점을 파악할 수 있으나, 자성이 없는 또는 매우 미약한 생물 분자를 어떻게 자기 센서로 측정하는가이다. 결론부터 말하자면 자성을 가지고 있는 물질을 측정하고자 하는 대상에 선택적으로 부착시키는 방법으로 측정이 가능하다. 자기공명영상처럼 매우 큰 자기장을 인가하여 생물 분자를 자화시키려 한다면 자기 센서는 자화된 생물분자에서 나오는 자기장을 측정하는 것이 아니라 외부에서 인가되는 자기장만을 측정하게 될 것이다.

후속연구

  • 또한, 우수한 측정 민감도를 갖는 터널 자기저항 센서의 경우 일정 수준 이상의 센서 칩 기술이 확보되기에는 선결되어야 하는 문제점이 아직 다수 존재한다. 그럼에도 보다 정밀한 진단기기, 휴대용 의료기기의 수요가 증가함에 따라 기존의 기술들을 대체할 수 있는 새로운 기술로서 주목받게 될 것으로 기대한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자성 바이오센서는 무엇인가? 자성 바이오센서는 기본적으로 자기장을 측정하는 자기 센서 (magnetic sensor)를 기반으로 생물 시료에 포함되어 있는 특정 단백질, DNA, 또는 세포 등의 특정 대상이나 인체의 건강 상태를 판별할 수 있는 생물지표를 선별적으로 측정하는 센서이다. 이런 관점에서 본다면 자기공명영상 (MRI)의 경우도 자성 바이오센서에 포함될 수 있으나 여기서는 측정하고자 하는 분자나 세포를 실제로 포집하여 측정하는 방식, 그리고 자기장을 직접적으로 측정하는 방식의 자성 바이오센서에 국한하여 소개하도록 한다.
자성 나노바이오센서의 발전이 스마트폰과 결합된 휴대용 진단 장비로서의 발전으로 이어지는 이유는? 자성 나노바이오센서는 기존의 광학 기술을 기반으로 제작된 센서의 전통적인 영역에서 새로운 가능성을 보이며 발전해왔다. 광학 기술이 극복해야하는 autofluorescence와 달리 대부분의 생물 시료들은 일반환경에서는 자성을 띠지 않기 때문에 자성 나노바이오센서는 기본적으로 매우 낮은 background noise를 갖게 되며 전기적인 신호를 최종 신호로서 발생하기 때문에 추가적인 변환이 필요없어 스마트폰과의 연계도 수월하다. [13] 따라서 기존의 광학 기술의 영역에서 보다 정밀하고 저렴한 진단 장비로서 자성 나노바이오센서의 발전이 기대되며 스마트폰과 결합된 휴대용 진단 장비로서의 발전이 전망된다.
자성 나노바이오센서에 사용될 수 있는 자기 센서에는 무엇이 있는가? 앞서 설명한 자성 나노바이오센서에 사용될 수 있는 자기 센서는 다양하게 존재하며, 대표적인 센서로 홀 (Hall) 센서, 거대 자기저항 (GMR: Giant Magnetoresistance) 센 서 , 그리고 터널 자기저항 (TMR : Tunnel Magnetoresistance) 센서가 있다. [4] 일반적으로 이 중에서 자기장 측정의 민감도는 터널 자기저항이 가장 우수하고 그 다음으로 거대 자기저항이 우수한 것으로 알려져 있으나, 측정 민감도만이 센서 선택의 요소는 아니다.
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참고문헌 (13)

  1. S. A. Wolf, D. D. Awschalom, R. A. Buhrman, J. M. Daughton, S. von Molnar, M. L. Roukes, A. Y. Chtchelkanova and D. M. Treger, Science 294, 1488 (2001). 

  2. Igor Zutic, Jaroslav Fabian and S. Das Sarma, Reviews of modern physics 76, 323 (2004). 

  3. George M. Whitesides, Nat. Biotechnol. 21, 1161 (2003). 

  4. Jung-Rok Lee, Dewey Mitchell Magee, Richard Samuel Gaster, Joshua LaBaer and Shan X. Wang, Expert review of proteomics 10, 65 (2013). 

  5. D. Issadore, J. Chung, H. Shao, M. Liong, A. A. Ghazani, C. M. Castro, R. Weissleder and H. Lee, Sci. Transl. Med. 4, 141ra92 (2012). 

  6. Richard S. Gaster, Drew A. Hall, Carsten H. Nielsen, Sebastian J. Osterfeld, Heng Yu, Kathleen E. Mach, Robert J. Wilson, Boris Murmann, Joseph C. Liao and Sanjiv S. Gambhir, Nat. Med. 15, 1327 (2009). 

  7. Dokyoon Kim, Francesco Marchetti, Zuxiong Chen, Sasa Zaric, Robert J. Wilson, Drew A. Hall, Richard S. Gaster, Jung-Rok Lee, Junyi Wang and Sebastian J. Osterfeld, Scientific reports 3, 2234 (2013). 

  8. Jung-Rok Lee, D. James Haddon, Hannah E. Wand, Jordan V. Price, Vivian K. Diep, Drew A. Hall, Michelle Petri, Emily C. Baechler, Imelda M. Balboni and Paul J. Utz, Scientific reports 6, 27623 (2016). 

  9. Giovanni Rizzi, Jung-Rok Lee, Christina Dahl, Per Guldberg, Martin Dufva, Shan X. Wang and Mikkel F. Hansen, ACS nano 11, 8864 (2017). 

  10. Jung-Rok Lee, Daniel JB Bechstein, Chin Chun Ooi, Ashka Patel, Richard S. Gaster, Elaine Ng, Lino C. Gonzalez and Shan X. Wang, Nature communications 7, 12220 (2016). 

  11. Jung-Rok Lee, Carmel T. Chan, Daniel Ruderman, Hui-Yen Chuang, Richard S. Gaster, Michelle Atallah, Parag Mallick, Scott W. Lowe, Sanjiv S. Gambhir and Shan X. Wang, Nano letters 17, 6644 (2017). 

  12. Weifeng Shen, Benaiah D. Schrag, Matthew J. Carter and Gang Xiao, Appl. Phys. Lett. 93, 033903 (2008). 

  13. Jung-Rok Lee, Joohong Choi, Tyler O. Shultz and Shan X. Wang, Anal. Chem. 88, 7457 (2016). 

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