일반기술

양극산화 알루미늄을 이용한 생체분자 검출용 바이오센서

[기술개요]양극산화알루미늄(Anodized Aluminum Oxide: AAO)을 제조하는 단계; 및 상기 AAO 표면을 인식물질로 기능화시키는 단계를 포함하는 AAO를 이용한 바이오센서를 제조하는 방법 및 이에 따라 제조된 바이오센서에 관한 것이다.상기 AAO를 제조하는 단계는 1) 알루미늄 시편을 초음파 세척하고, 알루미늄을 300∼500℃에서 열처리를 하는 전처리 단계; 2) 전해액에서 알루미늄을 산화시키는 1차 양극산화 단계; 3) 상기 1차 산화된 알루미늄을 인산-크롬산 혼합용액에 침지시키는 알루미나층 제거 단계; 4) 전해액에서 상기 알루미늄을 재차 산화하는 2차 양극산화 단계: 5) 상기 2차 양극산화를 거친 다공성의 알루미늄을 인산 수용액에 침지시켜 공극을 확대시키는 단계에 의해 제조된다.또한 AAO 표면을 인식물질로 기능화시키는 단계는 AAO 표면 상에 1) 아미노실란을 사용하여 자기조립단분자막을 형성하는 단계; 2) 자기조립단분자막 표면 상에 존재하는 아미노기에 프로링커(ProlinkerTM) A와 같은 인식물질을 결합시키는 단계를 포함한다. 기능화 단계별로 표면의 높이의 증가를 볼 수 있었으며, 이는 최종적으로 β-갈락토시다아제가 결합한 것을 확인할 수 있다. 또한 0.05 유닛/ml의 미량의 β-갈락토시다아제도 용이하게 검출할 수 있다.[기술특징]바이오센서는 실험실에서 장시간 걸리는 검사를 짧은 시간에 간편하게 측정하는 장점이 있음에도 불구하고 바이오센서의 대부분이 일회용 분석에 그치며 샘플 채취에도 어려움이 있는 실정이다. 따라서, 이러한 기존의 바이오센서의 한계를 극복하여 현장진단, 실시간 진단, 고선택성이 가능한 개선된 바이오센서의 개발이 요망되고 있다. AAO를 SAM을 이용하여 1차 표면 개질 시킨 후, 상기 SAM을 이용하여 인식물질을 결합시킴으로서 기존의 방법으로 분석할 수 없었던 극저준위의 β-갈락토시다이제(galactosidase)를 검출할 수 있었으며, 다공성의 AAO가 다양한 바이오센서의 매트릭스(matrix)로서 유생분자(biomolecules : enzyme, antibody, etc.)의 고정화를 위하여 사용될 수 있음을 보여주고 있다.[시장현황]국내 순수 의료용 바이오센서뿐 아니라 Post-Genome과 나노기술 연구 활성화로 연구용 바이오센서의 수요가 급증하여 바이오센서 시장이 매년 꾸준한 성장률을 기록하며 2003년에 120억원, 2010년에는 405억원 규모의 시장을 형성할 것으로 전망되고 있다.또한, 바이오센서를 이용한 혈당측정기를 수입 대체할 경우 매년 약 30억원의 수입대체 효과가 발생하며, 현장진단(Point-of-care) 시장이 커짐에 따라 혈당 바이오센서뿐만 아니라 젖산, 요소, 그리고 콜레스테롤 등을 측정하는 다양한 바이오센서 시장이 형성될 것이고, 나노기술을 바이오센서에 접목해 성능을 향상시키면 질병의 조기진단, 실시간 진단, 재택 진단, 현장 진단 실현의 기본 도구로 사용될 것으로 보인다. 이러한 다양한 바이오센서를 개발하기 위해서는 나노기술을 비롯한 전기화학, 폴리머화학, 효소학, 면역학, 단백질공학, 센서 소형화 및 기능통합, 곤충 안테나 등과 같은 관련 기술의 연구와 융합에 관심을 기울어야 할 것이다. 용도별로는 의료용이 향후에도 주도적 높은 점유율을 차지하면서 시장성장을 주도해 나갈 것으로 전망되고 있다.세계적으로는 바이오센서의 지역별 시장규모는 북미와 유럽지역이 전체의 82%를 차지하고 있고, 특히 미국, 일본, 독일의 점유비중이 높은 것으로 나타나고 있다. 이러한 비중은 2000년 대 후반까지도 계속될 것으로 전망하고 있다. 아시아 지역은 상대적으로 비중이 낮지만 일본을 중심으로 성장성은 더 높을 것으로 기대하고 있다. 현재 전 세계적으로 활동 중인 바이오센서 주요 업체들은 3M, Abbott Laboratories, Biacore Inc, Boehringer Mannheim, Chiron Diagnostics, Criticare, IMEX Medical, i-STAT, LeeTec, LifeScan사 등을 포함한 20개 업체가 세계적인 바이오센서 시장에 영향을 주는 메이저 업체이다.세계 바이오센서 시장 규모는 생명공항정책연구센터의 분석보고서(2005) 자료에 의하면 2001년 19억 달러로 조사되었으며, 향후 2011년까지 43억 달러 규모의 시장이 전망된다. 시장 성장률은 2002년 6.5%의 성장률에서 2011년 11.9%로 증가할 것이라 전망하고 있다.