초록 ▼

연구개요
ㅇ현재 사람의 피부접촉, 기침, 공기전파 등 직/간접 전파성 고병원체(박테리아, 바이러스)의 포집기술과 단시간 내 고민감성 분석기술의 한계로 국가 손실액이 수조원대에 이르러 우리나라의 국민보건을 위하여 필히 해결되어야 할 중요한 현안임.
ㅇ금속-폴리머 혼합형 유·무기 하이브리드 소재와 3차원 나노계층구조의 지형(topology)적 특성제어를 통한 고효율성 병원체 포획용 원천 소재개발로 현재 기술의 한계특성 극복을 확인함.
ㅇ상기 원천 소재를 이용한 사람의 피부접촉(터치)으로부터 포집된 단일 고병원체(sing

연구개요
ㅇ현재 사람의 피부접촉, 기침, 공기전파 등 직/간접 전파성 고병원체(박테리아, 바이러스)의 포집기술과 단시간 내 고민감성 분석기술의 한계로 국가 손실액이 수조원대에 이르러 우리나라의 국민보건을 위하여 필히 해결되어야 할 중요한 현안임.
ㅇ금속-폴리머 혼합형 유·무기 하이브리드 소재와 3차원 나노계층구조의 지형(topology)적 특성제어를 통한 고효율성 병원체 포획용 원천 소재개발로 현재 기술의 한계특성 극복을 확인함.
ㅇ상기 원천 소재를 이용한 사람의 피부접촉(터치)으로부터 포집된 단일 고병원체(single-cell level)의 유전자 추출과 맞춤형 디지털 유전자 분석이 가능한 고민감성 센싱 기술과 나노바이오 소자를 개발함.

연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종 목표는 전염성 병원체(박테리아/바이러스)의 현장·현시 포획/검사 기술 개발을 위하여 병원체 포획용 3차원 계층구조기반 구조(나노트랩*)가 구현된 미세유체기반 나노바이오 소자 개발로 단일 박테리아 수준의 디지털 유전자 분석 기술 개발을 목표로하였음
나노트랩 : 3차원 나노-마이크로 계층구조와 물리화학적 특성을 이용하여 병원체의 맞춤형 포집을 위한 구조체
ㅇ 실리콘 몰드의 구조를 복제하여 대면적(200mm 수준)의 복제를 통한 나노필라 어레이 구조 확보를 위한 기반 기술을 확보함.
ㅇ 이를 활용하여 터치식 유·무기 하이브리드형 3차원 계층 구조 (Nanotopology) 제어 및 MEMS/NEMS 공정기술을 개발하여, 수십 나노미터 크기를 가지는 나노구조와 수백미터 크기를 가지는 나노구조체를 개발함
ㅇ 유·무기 하이브리드 기반의 3차원 계층 구조와 병원체 결합이 박테리아 표면 구조와 나노복합 구조간의 물리화학적 결합 과정을 규명하였으며, 노출 시간별 기능기 표면의 변화 관찰로 상세 메커니즘을 규명함
ㅇ 사람의 손을 이용하여 구조체의 표면에 직접 터치하는 과정에서 일어나는 현상을 Escherichia coli, Salmonella 등을 선정하여 실제 제작된 구조체의 표면에 직접 터치하여 박테리아의 포집을 SEM을 이용하여 확인하고, 타겟 유전자의 실시간 증폭을 통해 성능검증을 진행함
ㅇ 미세액적내 유전자를 포획하고 증폭할 수 있는 디바이스와 장치를 개발하고, 이를 이용하여 디지털 유전자 분석 기술을 확보하였으며, 병원성 박테리아를 이용하여 향후 감염병 대응이 가능함을 확인하였으며, 단일 박테리아의 포집과 검출이 가능함을 증명하였음.
ㅇ 병원체 포집 및 분석 성능 향상을 위한 소재 및 소자 최적화와 실제 병원체를 활용하여 유전자 분석이 가능한 기술을 확보하여, 향후 다양한 병원체 검춤에 적용이 가능함을 확인함.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
ㅇ (국가 재난형 전염병 대응에 활용) 코로나 19와 같은 국가 재난적 전염성 병원체의 효율적인 포집과 분석이 가능한 기술개발로 국내 나노바이오융합 기반의 체외진단 산업에 활용이 가능함
ㅇ (디지털 유전자 분석 기술) 비전문가의 숙련도 향상과 차세대 고민감성 유전자 분석 기술확보 가능하며, 극소량의 병원체의 분석 기술을 활용하여 미래 감염병 조기 진단활용 가능함.
ㅇ (사회적·경제적 중요성) 제반 기술 구축으로 감염병에 대한 국가적·사회적·경제적 손실 예방과 국가재난질환에 선제적 대응이 가능함
ㅇ (학문적·산업적 중요성) 반도체 공정 기술와 나노구조체 제어, 그리고 바이오 물질간의 결합력 연구를 통해, 생명과학, 의료공학, 바이오 소재에 이르는 광범위한 영역에서 융합, 파생산업 기술과 시장 창출이 예상됨
ㅇ 다양한 병원체는 일상 생활에서 건강에 위협적인 요인으로 작용하며, 특히 코로나 19 이후 사람의 기침, 접촉에 의한 확산으로 전염성 병원체의 경로 파악과 전파 차단이 중요하며, 이와 관련된 분야에 사용이 가능함
ㅇ 특히 박테리아의 표면 구조와 이에 맞는 유무기 하이브리드 구조를 이용하여 효율적인 병원체의 선제 포집을 구현하는 기술은 제한적으로 존재하며, 본 연구개발을 통하여 확보된 기술은 추후 다양한 분야에 응용이 가능함

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 30