국내 연구진이 공진 주파수를 이용하여 다종의 분자를 동시에 검지하고, 신속히 진단분석이 가능한 다공성 나노 구조체 캔틸레버를 개발하였다.

캔틸레버(Cantilever)는 한쪽 끝은 고정되고 다른 쪽은 받쳐지지 않은 형태로, 유연하게 휘어지는 성질을 바탕으로 분자의 분석을 위한 원자현미경의 탐침으로 사용되고 있다. 최근에는 물리, 화학 및 생체학 센서로의 응용이 활발하게 이루어지고 있다.

이번 연구는 연세대학교 함승주 교수와 고려대학교 나성수 교수 공동연구팀이 미래창조과학부 글로벌프론티어사업의 바이오나노헬스가드연구단(단장 정봉현)의 지원을 받아 수행 되었으며, 연구 성과는 세계 최고 권위의 논문인 Nature Communications 紙에 3월 30일에 소개되었다.

일반 캔틸레버는 평면이 매끄러운 2차원 구조를 가지고 있어서 물질 고유의 정보를 담고 있는 광학적 신호의 일종인 라만 산란 신호의 증폭이 일어나지 않는다. 또한, 표면적이 상대적으로 넓지 않아 표면에 흡착될 수 있는 분자의 수가 제한적이며, 작은 분자가 탐침에 흡착이 되었을 때 변화하는 공진주파수의 크기도 크지 않아서, 표면에 붙은 물질의 정성적 분석이 어려웠다.

이번에 개발된 ‘나노 다공성 구조체로 덮인 캔틸레버’는 표면이 울퉁불퉁한 다공성 층을 형성함으로써 저농도(~10-7 M)에서도 라만 산란 신호를 증폭시켜주어 다종의 분자를 동시에 검지가 가능하게 된다. 이로 인해, 현장 진단에서 분석 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.

또한, 늘어난 표면적으로 인하여 공진주파수를 이용한 검출한계를 표면이 매끄러운 캔틸레버에 비해 10,000배 이상 향상시켜서 10-9M의 고민감도 검지가 가능하여 유해물질 검출의 정확도를 크게 높여줄 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 현재 전 세계적으로 가장 관심을 많이 받는 분야중의 하나인 표면 증강 라만 산란 신호를 이용한 측정 및 분석 분야에서의 새로운 패러다임을 제시함으로써 커다란 반향을 불러일으킬 것으로 예상이 된다.

연구진은 “기존의 분석 기술(표면 형상 측정, 분자 반응 속도 및 에너지 측정)과 결합하여 재현성 있는 정밀한 분자 진단으로 응용이 가능하며, 라만 산란 분석의 특징인 수용상 측정이 가능하여 살아있는 세포에 대한 세포 기반 분석 등 신약 후보물질 검색 분야에서 핵심 원천기술로 활용되며, 향후 질병·유해물질의 현장 진단 및 고민감도 분석(Point of Care Test, POCT)의 가능성을 열 것이다”라고 연구의의를 밝혔다.