초록 ▼

병원성 미생물의 측정 및 제거는 공공보건과 직결된 중요한 사안이며, 안전한 수자원의 확보 및 공급을 위해서는 병원성 미생물을 정확하고 신속하게 정성 및 정량분석을 하여 조기 대응하여야 한다. 이를 위해서는 센서 기반의 모니터링 시스템이 필수적이다. 본 연구과제에서는 고감도, 신속분석, 경제성을 가진 소형화된 병원성 미생물 다중검출용 바이오센서를 개발하는 것이 최종목표로 하였으며, 이를 위해 랩온어칩이 결합된 앱타머와 양자점 기반의 광학 바이오센서에 대한 연구를 수행하였다.
최근 항체의 대체물질로 각광을 받고 있는 핵산(DNA)

병원성 미생물의 측정 및 제거는 공공보건과 직결된 중요한 사안이며, 안전한 수자원의 확보 및 공급을 위해서는 병원성 미생물을 정확하고 신속하게 정성 및 정량분석을 하여 조기 대응하여야 한다. 이를 위해서는 센서 기반의 모니터링 시스템이 필수적이다. 본 연구과제에서는 고감도, 신속분석, 경제성을 가진 소형화된 병원성 미생물 다중검출용 바이오센서를 개발하는 것이 최종목표로 하였으며, 이를 위해 랩온어칩이 결합된 앱타머와 양자점 기반의 광학 바이오센서에 대한 연구를 수행하였다.
최근 항체의 대체물질로 각광을 받고 있는 핵산(DNA) 앱타머를 수용체로 활용하여 수인성 미생물에 특이적 반응을 하는 앱타머 개발을 하였으며, 특히 단일 미생물중 수인성 질병관련 중요성을 가진 E.coli,P. aeruginosa, S. sonnei, V. parahaemolyticus검출을 위한 형광나노입자 탐침자 및 자성입자 탐침자를 제작, 선별하여 단일 미생물에 대한 정량화 및 결합상수를 평가할 수 있는 기반을 확립하였다(1차년도).선별, 확보된 앱타머 탐침자의 단일 미생물 검출 성능 평가를 위하여 기존의 다양한 검출 센서 시스템(SPR, ELISA 등)에 적용하여 센서에서의 검출 한계 및 탐침자의 최적농도, 반응시간, 결합반응 온도, 앱타머 해리 온도 등의 최적 실험조건을 평가하였다. 그 결과 P. aeruginosa의 경우 앱타머 탐침자가 5.07cells/ml의 검출 한계를 가지는 것을 확인할 수 있었으며, 수환경내에 미생물이 4-5 CFU/ml 존재하는 것을 통해 충분히 수인성 미생물 검출에 활용 될 수 있을 것으로 평가하였다.
또한 혼합 미생물 검출 시스템 개발 및 검출 최적 조건을 찾고자 선별한 수인성 혼합 미생물 검출용 앱타머를 기존에 microfluidic 시스템에 적용하여 혼합 미생물 샘플에서 오류 없이 특정 미생물 군을 검출 할 수 있는지 앱타머 탐침자의 능력을 평가하고 혼합 미생물 검출을 위한 최적 실험 조건을 확인하여 Lab-on-a-chip 시스템 개발시 활용하고자 하였다. 혼합 미생물 시료를 이용하여 검출한 결과 각 flow channel에 고정화된 앱타머 탐침자는 각 미생물(P. aeruginosa: 5.38 × 10^-9 M, S. sonnei: 3.21 X 10^-8 M, V. parahaemolyticus: 5.10 X 10^-8 M)을 특이적으로 검출하였다. 단일 미생물 검출 시스템에서 적용한 바와 유사한 결합력을 가지고 단일 미생물이 검출되는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과를 기반으로 시료 및 시약의 이동, 혼합을 포함한 미세유체제어(microfluidic) 및 시스템 집적화(탐침자 표지단계, 자성분리단계, 광학검출단계, 앱타머 재생단계)를 위한 특성화된 랩온어칩을 개발하였다.
본 과제를 통해 확립된 랩온어칩이 결합된 바이오센서의 핵심 기반 기술은 수질을 포함한 대기, 토양 등의 환경 분석 기기로 활용할 수 있으며, 의료, 제약, 국방, 식품 등 다양한 분야의 센서 기반기술로 활용 될 수 있을 것으로 사료된다. 또한 기존의 병원성 미생물 분석방법을 랩온어칩이 결합된 나노바이오센서의 융합기술을 통해 개선시키며, 환경 측정용으로 특성화된 바이오센서 핵심 기반기술을 개발 및 선점할 수 있다. 개발된 센서 기반의 환경 모니터링 시스템 구축으로 사전 오염을 방지하고, 효과적인 수질관리를 함으로써 국민 건강에 이바지 할 수 있을 것으로 사료된다.