소분자 생화합물은 분자량이 작은 생체내 분자들로, 다양한 세포의 세포막을 드나들며 세포간의 신호전달 등에 큰 역할을 담당합니다.
최근에는 제약업계에서 소분자 생화합물을 이용한 신약 개발 관련 연구 개발에 큰 관심을 기울이고 있습니다.
그러나 이러한 소분자 생화합물은 대부분 특정 항원-항체 화학 결합반응을 유도하기 힘들어 기존에 많이 사용되는 형광이나 전기화학적인 방법으로 극소량을 분석하는데 어려움이 많았습니다.
정기훈 교수
연구팀은 사람의 머리카락 단면적의 70만 배 보다 작은 나노유체관 내 유동특성을 이용해 나노몰(nM) 수준의 농도를 갖는 극미량의 소분자 생화합물의 농도를 국소적으로 증가시켰습니다.
이후 나노플라즈모닉 광학기술과 접목해 측정하는 빛의 세기를 1만 배 이상 향상시켜 별도의 생화학처리를 사용하지 않은 도파민(Dopamine)과 가바(GABA)와 같은 신경전달물질을 1초 이내에 구별하는 데 성공했습니다.
오영재 박사과정
이번 연구결과는 앞으로 소분자 생화합물을 이용한 다양한 글로벌 신약개발은 물론, 알츠하이머병과 같은 퇴행성 신경질환의 조기진단 및 뇌기능 진단기술에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.
이번 연구는 오영재 박사과정 학생 주도로 진행됐고, 독일에서 발간되는 나노분야 국제저명학술지인 '스몰(Small)'지의 표지논문으로 게재됐습니다.
<나노플라즈모닉-나노유체채널 플랫폼의 개념도>
나노플라즈모닉 거울구조를 나노플루이딕 채널로 결합하여 국소적으로 빛의 세기를 증가하는 'hot spot'과 유체역학적 'stagnation point' 이 공간적으로 동일한 곳에 존재하도록 설계하여 소분자 생화합물의 국소농도 증가로 인한 라만분광 신호 증가를 유도함.
<나노플라즈모닉 기판의 광학적 설계>
a) 실리카(Silica) 나노입자 단일 층 형성 및 금속증착 각도 조절을 통한 나노플라즈모닉 구조 설계. b) 형성된 나노입자 어레이의 광학적 성질 및 이에 따른 SERS 신호의 변화. 입사광(488nm)에 가장 근접한 공진조건을 가지는 기판(75도 증착)에서 가장 강한 라만분광신호가 측정됨.
<PDMS를 이용한 나노채널의 형성 및 전자현미경 사진 단면도>
a,b) PDMS를 이용한 나노채널의 형성 및 전자현미경 사진 단면도. 흰색 화살표가 유체가 지나는 나노채널을 의미. c,d) 형광신호 측정을 통해 확인한 나노채널에서의 소분자 국소농도 증가. 강한 형광신호는 나노채널로 인해 더 많은 분자들이 금속나노패턴 근처에 있음을 의미함.
<플라즈모닉 나노채널에서의 라만분광신호증가>
대표적인 신경전달물질인 dopamine과 GABA의 SERS 신호 증가를 보임.
용 어 설 명
소분자 생화합물 (Small molecules)
: 분자량이 작은 생체분자들. 일반적으로 분자량이 800Daltons 이하 유기화합물
신경전달물질 (Neurotransmitter)
: 신경세포에서 방출, 흡수해 서로 정보를 전달하는 역할을 하는 일련의 소분자 생화합물
라만 분광 (Raman Spectroscopy)
: 빛(광자)이 입자에 의해 산란될 때 발생하는 비탄성 산란 현상. 이 과정에서 빛의 에너지가 변화하며 생체분자(biomolecules) 또한 산란과정에서 고유의 라만산란(에너지 변화)을 나타내므로 이를 분광학적으로 분석하여 분자 검출 및 분석에 응용이 가능
나노플라즈모닉스
: 금속나노패턴은 빛이 입사될때 표면의 자유전자가 광자(photons)에 반응해 진동하고, 입사되는 빛 중 특정파장의 세기를 크게 향상 시킬 수 있다. 이러한 물리적 현상은 다루는 나노광학분야를 나노플라즈모닉스라고 불리우며, 나노바이오분야는 물론 다양한 응용분야가 최근 활발히 개발 중이다.
나노유체
: 나노수준(일반적으로 1~100nm )의 직경을 가지는 유체채널에서의 유체의 성질 및 구동 등에 관한 연구를 나노유체라고 한다.
