은나노입자로 종이 크로마토그래피 분석력 1천만배 높였다

KAIST 정기훈 교수 "신약개발용 약물검색·환경지표검사 등에 기여"

크로마토그래피용 종이 표면에 형성된 은(Ag) 나노섬(nano-island)의 주사전자현미경사진. 빛을 쪼이면 수십나노미터 크기의 은나노섬들이 집광도를 극대화해 라만분광신호를 사용할 경우 기존 종이 크로마토그래피보다 신호를 1천만배 이상 향상, 극저농도만 존재하는 물질도 측정할 수 있게 해준다. <<KAIST 제공>>

한국과학기술원(KAIST) 바이오 및 뇌공학과 정기훈 교수

KAIST 정기훈 교수 "신약개발용 약물검색·환경지표검사 등에 기여"

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 은(Ag) 나노물질을 이용해 저렴한 물질 분리, 검출 방법인 종이 크로마토그래피의 분석성능을 1천만배 이상 높일 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 1일 바이오 및 뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 종이에 은 나노입자를 증착해 저렴하고 정교한 분석결과를 얻을 수 있는 크로마토그래피용 종이를 개발했다고 밝혔다.

이 연구 결과는 광학분야 국제학술지 '빛 : 과학과 응용(Light : Science and Applications, 1월 15일자) 온라인 판에 게재됐다.

크로마토그래피는 특정 용매를 이용해 혼합물을 분리하는 기술로 전통적인 종이 크로마토그래피와 박막, 가스 등을 이용한 크로마토그래피가 있다.

종이 크로마토그래피는 종이를 용매에 살짝 담근 후 종이 내 혼합 물질 성분과 종이의 인력 차이로 물질이 나아가는 정도가 달라지는 것을 이용한 혼합물 분리법으로 저렴하고 여러 성분을 동시에 검출할 수 있어 광합성 산물이나 다양한 생체 혼합물의 분리, 검출 등에 응용된다.

크로마토그래피 기술로 혼합물을 분리하고 나면 다음 물질에 빛을 쪼여 분출하는 파장의 차이를 분석해 어떤 분자가 포함돼 있는지 파악하게 된다.

그러나 현재의 종이 크로마토그래피는 가격이 저렴한 대신 혼합물 분리의 정교성이 떨어지고 혼합물 내 분자의 농도가 낮으면 빛을 쪼여도 성분 검출이 잘되지 않는 등 한계가 있다.

연구팀은 끊는 점 이상으로 가열한 은 증기를 종이 표면에 균일하게 증착시켜 빛 집광도를 높이는 나노플리스모닉스 특성이 있는 은나노섬(Nano-island)을 형성, 물질 분석 성능을 크게 높였다.

종이 표면에 증착된 은 나노입자는 수십나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 크기의 은나노섬 구조를 이뤄 종이의 분리 성능은 떨어뜨리지 않으면서 빛을 쪼였을 때 기판 표면에서의 빛 집광도를 최고수준으로 끌어올리는 역할을 한다.

은나노섬 종이 크로마토그래피를 혼합물 분리에 적용한 결과 형광신호를 사용할 때는 신호가 일반 종이 크로마토그래피보다 최대 8배, 라만분광신호를 사용할 때는 1천900만배 신호가 향상됐다.

연구진팀은 이를 통해 피코몰(1조분의 1몰) 수준의 극 저농도 물질도 측정하는 데 성공했다며 이 기술은 검출 가능 한계를 최고 수준으로 향상해 진단의학, 약물 검사 등 특정 성분의 분리 검출이 요구되는 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 예상했다.

연구팀은 또 진공증착, 저온 열처리 등 일반적인 반도체공정을 이용해 정밀하고 대면적 양산이 가능한 금속나노구조를 제작했다며 기존 기술의 단점인 비싼 가격, 셀룰로스의 특성 변화 등 문제를 해결할 수 있을 것이라고 밝혔다.

정 교수는 "이 결과를 바탕으로 향후 저비용 무표지 초고감도 생체 분자 혼합물의 분리 및 분석도 가능하다"며 "신약 개발용 약물 스크리닝, 환경 지표 검사, 생리학적 기능 연구 등에 크게 기여할 것"이라고 말했다.

scitech@yna.co.kr

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