초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 적층형 구조의 기능화된 유도단백질 나노하이브리드에서 hydrovoltaic effect를 기반으로 호기 가스 내 바이오마커(수소, 질소산화물, 메탄) 3종을 종합적으로 분석함으로써 당뇨병, 폐질환, 비만을 복합적으로 진단할 수 있는 새로운 개념의 바이오 진단 플랫폼을 구현하는 것을 목표로 함.
1) 대기 중 수분을 이용하여 hydrovoltaic effect 기반으로 외부 전원 공급 없이 동작이 가능하며, 2) 상대습도 최대 90%의 호기 내 고습도 분위기에서도 80% 이상의 습도 안정성을 확보

□ 연구개요
본 연구에서는 적층형 구조의 기능화된 유도단백질 나노하이브리드에서 hydrovoltaic effect를 기반으로 호기 가스 내 바이오마커(수소, 질소산화물, 메탄) 3종을 종합적으로 분석함으로써 당뇨병, 폐질환, 비만을 복합적으로 진단할 수 있는 새로운 개념의 바이오 진단 플랫폼을 구현하는 것을 목표로 함.
1) 대기 중 수분을 이용하여 hydrovoltaic effect 기반으로 외부 전원 공급 없이 동작이 가능하며, 2) 상대습도 최대 90%의 호기 내 고습도 분위기에서도 80% 이상의 습도 안정성을 확보하고, 3) 호기 내 바이오마커 분석을 위해 100ppb 이하의 검지 해상도, 70% 이상의 타겟 가스 반응성, 1분 내외의 분석시간 및 90% 이상의 회복도를 가지고, 4) 출력 가중치 알고리즘이 적용된 센서 어레이 모듈화를 통해 80% 이상의 분석 신뢰성을 확보할 수 있는 hydrovoltaic effect 기반 호기 가스 분석 방식의 바이오진단 플랫폼 원천 기술을 확보하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) Hydrovoltaic effect 유도를 위한 양성자, H⁺, -COO^- 이온의 생성 매커니즘과 안정적인 출력 유지를 위한 이동/전이 메커니즘 연구를 진행하였으며, 유도 단백질 광가교 합성을 통한 광반응 제어 기반 합성 최적화에 관한 연구를 진행하였음. 이를 통해 탄소나노튜브-유도단백질 나노 하이브리드 기반의 수분 구배가 가능한 나노 다공성 소재를 개발하였음.
2) 탄소 나노구조체-유도단백질 나노하이브리드의 타겟 가스와 결합으로 인한 양성자 및 mobilized ions의 생성을 촉진 또는 억제하는 메커니즘을 연구하고 ppb 수준의 저농도 타겟 가스를 선택적으로 검지하기 위한 공정 최적화를 진행하였음. 또한, 금속/반도체 나노 촉매체를 탄소 나노구조체-유도단백질 나노하이브리드에 마이크로파 조사를 이용하여 기능화하는 기술을 개발하였음.
3) 수분에 의한 영향을 받지 않으면서 hydrovoltaic effect가 유지되는 self-limitation 메커니즘을 이용하여 vapour-pressure gradient를 유도한 센서를 개발하였고, 외부 전원 공급 없이 당뇨병, 폐질환, 비만을 복합적으로 진단할 수 있는 hydrovoltaic effect 기반의 가스 센서 어레이 모듈화를 통해 바이오 진단 플랫폼을 제작하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
■ 학문적 측면
‣ 에너지 및 바이오센서 분야에서 나노하이브리드 합성, 어레이 기반의 바이오 진단 플랫폼에 이르기까지 ICT 융복합 기술과 관련된 체계화된 학문적 성과를 기대.
‣ 4차 산업혁명시대 혁신소재/전자/바이오 지능화 기술을 고도화 및 융합하여 학문적 시너지를 제시할 수 있으며, 전문연구인력을 양성하여 연구 분야의 확장을 가능.
■ 기술적 측면
‣ 재료/전자/의료/생명/에너지 분야에 걸쳐 바이오 진단 플랫폼 기반의 ICT 융복합 기술을 선도하며, 소재/공정/소자/시스템에서의 통합적 기술접근이 가능함.
‣ hydrovoltaic effect 기반 호기 가스 분석 방식은 기존 센서의 기술적 한계를 극복하며, 보다 효과적이며 실용적인 접근으로 차세대 바이오 진단 플랫폼 기술을 선도.
■ 사회경제적 측면
‣ 차세대 에너지/바이오/전자/소재 산업에서 기술적 우위를 선점함으로써 신성장 동력원을 마련하고, 전자/의료/생명/ICT/소재/에너지 면에서 사회·경제적 파급력이 큼
‣ 외부 전원 없이 동작 가능한 고감도, 고선택성 호기 가스 센서 및 바이오 진단 플랫폼 기술은 의료 진단 패러다임을 바꾸고, 시장 영역을 확대할 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 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 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 1) 연구개발성과의 관리 ... 14
• 2) 연구개발성과의 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 39