일반기술

압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 바이오센서 및 이것을 이용한 타겟물질 검출 방법

<기술의 개요>본 기술은, 초소형 탄소 나노튜브 트랜지스터를 바이오센서의 트랜스듀서로 개발하고, 여기에 안정성과 선택성이 우수한 분자인식물질인 압타머를 결합시켜 고감도 센서로 개발하였다.<기술의 특징>- 전기적 방식의 트랜스듀서이므로 검출기의 소형화 및 point of care testing 이 가능하다.- 우수한 감도 (1 ng/ml 이하)를 갖는다.- 극미량의 시료 (3 μl)로 측정이 가능하다.- 비교적 안정한 압타머를 인식물질로 사용하므로 유통기한의 제약을 상대적으로 적게 받을 수 있다.- 센서의 재사용이 가능하다.- 신속하게 (1~20 분이내) 결과를 얻을 수 있다.<기술의 차별성>탄소 나노튜브는 6각형 고리의 평면구조를 갖는 그라핀 (graphene)을 말아놓은 원통형의 물질로, 탄소로만 이루어져 있는 것이 특징이며 구조적 특성에 따라 단일겹 나노튜브 (single-wall carbon nanotube) 와 다중겹 탄소 나노튜브 (multi-wall carbon nanotube)등으로 나눌 수 있다. 탄소 나노튜브는 매우 우수한 화학적 안정성과 기계적 특성을 보유하고 있을 뿐만 아니라, 우수한 전기전도특성을 가져서 차세대를 대표할 나노물질의 하나로 간주되고 있다. 그 중에서도 단일겹 탄소 나노튜브의 경우는 반도체적인 특성을 가질 수 있는데, 트랜지스터로 만들어졌을 때, 전하이동도가 10,000 cm2/Vs, on/off 비가 105 이상인 등의 특징을 가져서 센서의 트랜스듀서로 개발되었을 때 매우 뛰어난 감도를 나타낼 수 있으며 극미량의 시료로 측정이 가능한 장점이 있다. 이와 같은 탄소 나노튜브 트랜지스터 센서의 사진으로, 2×2 cm2 당 108 개의 트랜지스터가 집적된 어레이와 어레이 내부 트랜지스터의 AFM 사진 및 트랜지스터 성능곡선을 보여주고 있다. 이와 같은 고성능 탄소 나노튜브 트랜지스터 센서에 본 기술에서는 압타머를 분자인식물질로 사용한다는 추가적인 장점을 가지고 있다. 압타머는 짧은 단일겹 DNA 또는 RNA로 구성된 물질로, 단일겹 핵산이 갖는 3차원 구조로 인해 다양한 타겟에 높은 선택성을 띠고 반응할 수 있다. 압타머는 우선 1. 크기가 항체에 비해 작아 (~2 nm) 센서 표면에 가까운 곳에 위치할 수 있으므로 감도를 높일 수 있고 2. 염이나 열에 의해 가역적인 구조 변화를 가질 수 있어 센서의 재사용이 가능하며 3. 압타머가 갖는 구조적 특성에 의해 선택성이 항체보다 우수하며 4. 안정성 또한 뛰어난 장점을 갖는다.이와 같은 나노센서는 2012년에 전체 센서 시장의 22.2 % 인 171억 5천만달러의 시장을 형성할 것으로 예측되고 있으며, 그 중에서도 탄소 나노튜브/나노선 기반의 센서가 약 30억 달러의 시장을 형성할 것으로 보고되고 있다. (NanoMarkets research report; Nanosensors; A market opportunity analysis 2005)<적용범위>압타머를 이용한 탄소 나노튜브 트랜지스터 센서는, 신속성이 요구되며 현장 검출이 가능한 다양한 분야로 적용이 가능하다.1. 우선 의료분야의 진단용 센서로 활용가능하다. 종양표지자에 특이적인 압타머를 이용하면 암 진단센서로 응용될 수 있는 것이 한 예이다.2. 환경호르몬, 중금속등과 같은 환경오염물질들을 신속하게 현장에서 검출할 수 있다.3. 식품/먹는 물의 대장균 등 유해세균을 신속하게 검출하여 식품안전성 확보에 응용가능하다.4. 생화학 테러의 대비 및 사스, 조류독감 등 판데믹 상황에서 신속하게 검출을 수행하여 바이러스의 전파속도를 둔화시키고 조기에 통제할 수 있다.* 상용화를 위해서는 5년의 연구기간 필요