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의료적 진단 속도를 향상시키는 새로운 시스템

Copying nature's lock-and-key system could improve rapid medical diagnostics

임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 연구진은 단일 분자 수준에서 단백질 분자를 선택적으로 검출할 수 있는 새로운 나노크기 센서를 개발했다. 이 센서는 초기 임상 진단에 도움을 줄 수 있을 것이다.

과학자들은 질병 신호의 확인을 위한 체액 분석 시에 종종 복잡한 혼합물 속에서 매우 적은 분자들을 검출해야 한다. 이러한 분석은 건초 더미에서 바늘을 발견하는 것과 유사하다.

한 가지 유망한 방법은 각각의 분자들을 매우 작은 나노미터 크기의 구멍을 통과시키는 감지 기술을 사용하는 것이다. 이 기술은 샘플 준비 또는 화학적 변형 없이 각 분자들을 감지할 수 있다. 그러나 동일한 크기의 서로 다른 분자들은 매우 유사한 신호를 생성하기 때문에 식별하기가 어렵다.

이번 연구진은 이런 문제를 해결하기 위해서 나노기공과 나노크기의 트랜지스터를 기반으로 하는 시스템을 개발했다. 이 시스템은 생물학적 수용체와 유사한 방식으로 표적 분자를 인식할 수 있다. 이 시스템은 질병의 유무를 알 수 있는 특정 생물학적 분자를 빠르게 인식할 수 있다.

나노기공 감지 방식은 분자가 나노기공을 지나치게 빠르게 지나가면 탐지될 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이것을 해결하기 위해서 새로운 시스템에 또 다른 기능을 추가되었다. 이번 연구진은 기공의 폴리머 코팅에 전극을 부착했다. 이것은 전압을 인가했을 때 나노크기 트랜지스터처럼 행동하게 한다. 즉, 전압을 인가했을 때 기공을 열거나 닫을 수 있게 해서 분자의 이동을 제어할 수 있다.

이 장치는 분자 수송을 제어할 수 있어서 특정 분자를 조사하는데 더 많은 시간을 가지게 한다. 향후에 특정 종류의 항체 및 DNA 분자와 같은 희귀 단백질을 찾는데 이 장치가 유용한 역할을 할 수 있기를 기대해 본다.

이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Nanopore Extended Field Effect Transistor for Selective Single Molecule Biosensing” 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/s41467-017-00549-w).

[KOSEN 동향] 의료적 진단 속도를 향상시키는 새로운 시스템